بافر چیست + انواع محصولات بافری و طرز تهیه محصول

آیا می‌دانستید خون هر انسانی بر روی زمین، حاوی یک بافر است؟ و بدین ترتیب خون، یک محلول بافر است؟ ابتدا باید این را یادآوری کنیم که میزان طبیعی pH خون انسان چیزی حدود 7.35 است.  فکر می کنید اگر pH خون ما به شدت از pH طبیعی 7.35 تغییر کند، چه اتفاقی می‌افتد؟ بله، سلول‌های بدن ما به درستی عمل نمی‌کنند و سیستم‌های بدن ما عملاً از کار می‌افتند!

همان‌طور که گفتیم خون انسان حاوی یک “بافر” است که به آن اجازه می‌دهد pH خود را در همان میزان 7.35 حفظ کند تا از عملکرد طبیعی سلول‌ها اطمینان حاصل شود. یعنی در حقیقت وظیفۀ اصلی محلول بافر درون خون، نظارت بر میزان pH خون و تغییرات آن است.

محلول‌های بافر همچنین در فرآیندهای شیمیایی و بیوشیمیایی که کنترل pH بسیار مهم است، دارای اهمیت بسزایی هستند.

با ما همراه شوید تا محلول بافر را با جزئیات بیشتری درک کنیم.

محلول بافر

محلول بافر محلول‌هایی هستند که در برابر تغییر pH در اثر رقیق‌شدن یا افزودن مقادیر کمی اسید یا باز(قلیا) مقاومت می‌کنند.

بسیاری از واکنش‌های بیولوژیکی و شیمیایی نیاز به pH ثابت برای انجام آن واکنش مورد نظر دارند. محلول بافر در این سیستم‌ها برای حفظ pH در یک مقدار ثابت بسیار مفید هستند. این بدان معنا نیست که pH بافر تغییر نمی‌کند بلکه فقط به این معنی است که تغییر در pH به اندازۀ محلولی که بافر نیست، نیست.

در حقیقت و به زبان ساده‌تر این معنی را دارد که تغییر شیمیایی و بیولوژیکی در محلولی که بافر است، به میزان قابل توجهی کمتر از محلولی است که بافر نیست.

انواع محصولات بافر

اگر بخواهیم بافر را دسته‌بندی کنیم به‌طور کلی بافرها به دو نوع محلول بافر اسیدی و محلول بافر قلیایی تقسیم می‌شوند.

• بافرهای اسیدی:
  محلول هایی هستند که pH آن‌ها زیر 7 است و حاوی اسید ضعیف و یکی از نمک‌های آن است.
  به عنوان مثال:  مخلوطی از اسید استیک و استات سدیم است که به عنوان یک محلول بافر با pH در حدود 4.75 عمل می‌کند.
• بافرهای قلیایی(بافرهای بازی):
  از طرف دیگر بافرهای قلیایی که دارای pH بالاتر از 7 هستند و حاوی یک باز ضعیف به همراه یکی از نمک‌های آن هستند.
  به عنوان مثال، مخلوطی از کلرید آمونیوم و هیدروکسید آمونیوم به عنوان یک محلول بافر با pH حدود 9.25 عمل می‌کند.

همانطور که در ادامه‌ مثال‌هایی ذکر شده‌اند، محلول‌ بافر به حفظ pH بسیاری از چیزهای مختلف کمک می‌کند.

• اسید باتری، هیدروکلریک اسید (pH=0)
• آب لیمو، سرکه (pH=2)
• آب گریپ فروت، نوشابه، آب گوجه‌فرنگی (pH=2.5 – 3.5)
• قهوۀ سیاه(بلک) (pH=5)
• شیر، ادرار، بزاق دهان (pH=6.3 – 6.6)
• خون (pH=7.4)
• آب دریا (pH=8)
• جوش شیرین یا همان سدیم‌ بی‌کربنات (pH=9.5)
• آمونیوم هیدروکسید (pH=10.5 – 11.5)
• سفیدکننده‌ها، گاز پاک‌کن، قلیاب (pH=13.5)
• مایع پاک‌کنندۀ راه تخلیۀ آب (pH=14)

طرز تهیۀ محلول بافر

برای طرز تهیۀ محلول بافر می‌توان از دو طریق پیش رفت.

در راه اول، اگر pK_a (ثابت تفکیک اسید) و pK_b (ثابت تفکیک باز) را می‌دانید، می‌توانید با کنترل نسبت نمک و اسید یا نمک و باز، بافری با pH شناخته‌شده بسازید.

در روش دیگر، باید گفت که محلول بافر را می‌توان با مخلوط‌کردن یک اسید ضعیف با باز مزدوج آن و یا یک باز ضعیف با اسید مزدوج آن تهیه کرد.

برای مثال، بافر فسفات، بافری است که معمولاً در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی استفاده می‌شود، از یک باز ضعیف (HPO₄^2-) و اسید مزدوج آن (H2PO₄^–) تشکیل شده است.  pH آن معمولاً در 7.4 حفظ می‌شود.

کنش بافر

خب بیاید تا ببینیم که یک بافر چگونه کنش می‌کند؟

ابتدا مخلوطی از اسید استیک (CH₃COOH) و استات سدیم (CH₃COONa) را مثال می‌زنیم. در اینجا، اسید استیکِ ضعیف یونیزه می‌شود در حالی که استات سدیم تقریباً به‌طور کامل یونیزه می‌شود. معادلات به صورت زیر آورده شده است:

CH₃COOH ⇌  H⁺ + CH₃COO^–

CH₃COONa ⇌  Na⁺ + CH₃COC^–

به این ترکیب، اگر یک قطره اسید قوی مانند HCl اضافه کنید، یون‌های H⁺ از HCl با CH₃COO^–  ترکیب می‌شوند و CH₃COOH یونیزۀ ضعیفی ایجاد می‌کنند. بنابراین، تغییر بسیار جزئی در مقدار pH وجود دارد.

حال، اگر یک قطره NaOH اضافه کنید، یون‌های OH^– با اسید آزاد واکنش می‌دهند و مولکول‌های آب تفکیک‌ناپذیر می‌دهند.

CH₃COOH + OH^–  ⇌  CH₃COO^– + H₂O

به این ترتیب یون‌های OH^–از NaOH حذف می‌شوند و pH تقریباً بدون تغییر است.