Es gibt eine Reihe von Anwendungen in der Chemie und Biologie, bei denen sich pH-Änderungen stark negativ auswirken können. Ein Beispiel dafür existiert im menschlichen Körper; Veränderungen des pH-Wertes im Blut können verheerende Auswirkungen haben, daher hält ein Mechanismus im Körper, der als Bikarbonat-Puffersystem bekannt ist, den pH-Wert Ihres Blutes in Schach. In Laboreinstellungen wird Pufferlösung verwendet, um ähnliche Ergebnisse zu erzielen. Die Pufferlösung hält den pH-Wert von allem, womit gearbeitet wird, im Gleichgewicht und verhindert, dass äußere Einflüsse den pH-Wert verschieben und möglicherweise alles ruinieren.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Eine Pufferlösung besteht aus einer schwachen Säure und ihrer konjugierten Base oder einer schwachen Base und ihrer konjugierten Säure. Die beiden Komponenten halten ein pH-Gleichgewicht aufrecht, das Veränderungen widersteht, wenn starke Säuren oder Basen hinzugefügt werden.
Eine Pufferlösung ist eine Lösung, die sowohl eine Säure als auch eine Base enthält. Die Lösung wird hergestellt, indem man eine schwache Säure nimmt und ihre konjugierte Base hinzufügt (die durch Entfernen eines Protons von derselben Art von Säure gebildet wird) oder indem eine schwache Base mit ihrer konjugierten Säure kombiniert wird. Die Verwendung von Konjugaten verleiht einer Pufferlösung ihre Beständigkeit gegenüber pH-Änderungen; es schafft ein Gleichgewicht zwischen Säure und Base, das für andere Säuren oder Basen schwer zu überwinden ist. Selbst wenn starke Säuren oder Basen zugegeben werden, verringert das Gleichgewicht zwischen der schwachen Säure/Base und ihrem Konjugat den Einfluss der Zugabe auf den Gesamt-pH-Wert der Lösung.
Pufferlösungen haben ein breites Anwendungsspektrum, sowohl in der Praxis als auch im Labor. Für die korrekte Funktion der meisten Enzyme ist ein gepufferter pH-Wert erforderlich, und eine Pufferung wird verwendet, um die richtige Farbkonzentration bei der Verwendung von Farbstoffen sicherzustellen. Pufferlösungen werden auch zum Kalibrieren von Geräten verwendet, insbesondere von pH-Messgeräten, die falsch kalibriert werden können, wenn kein Puffer vorhanden ist. Es ist erwähnenswert, dass Pufferlösungen nicht unbedingt einen neutralen pH-Wert haben, sondern nur einen ausgewogenen; Pufferlösungen aus Zitronensäure, Ammoniak, Essigsäure (die in geringen Konzentrationen in Essig enthalten ist) und anderen Verbindungen können pH-Werte von 2 oder mehr als 10 haben. Dies ermöglicht den Einsatz von Pufferlösungen beim Arbeiten mit sehr starken Säuren oder Basen.
Während Pufferlösungen gegenüber pH-Änderungen resistent sind, bedeutet dies nicht, dass sich der pH-Wert einer Pufferlösung nicht ändern kann, wenn genügend starke Säure oder starke Base zugesetzt wird. Die Menge einer starken Säure oder Base, die eine Pufferlösung aufnehmen kann, bevor signifikante pH-Änderungen auftreten, wird als Pufferkapazität bezeichnet. Die Kapazität hängt von den Kernkomponenten der Pufferlösung ab und davon, wie viel der starken Säure oder Base der Lösung zugesetzt wird. Bei Zugabe einer starken Säure zur Pufferlösung entspricht die Kapazität der Menge der Base in der Lösung. Bei Zugabe einer starken Base entspricht die Kapazität der Säuremenge in der Lösung.