สารละลายบัฟเฟอร์มีไว้เพื่ออะไร?

สารละลายบัฟเฟอร์เป็นสารเคมีประเภทหนึ่งที่สำคัญที่สุดที่ใช้ในการวิจัยทางเคมี การวิจัยทางชีววิทยา และอุตสาหกรรม ประโยชน์ส่วนใหญ่เกิดจากความสามารถในการต้านทานการเปลี่ยนแปลงของค่า pH หากคุณให้ความสนใจในชั้นเรียนวิทยาศาสตร์ คุณอาจจำได้ว่า pH เป็นหน่วยของความเป็นกรดของสารละลาย สำหรับวัตถุประสงค์ของการอภิปรายนี้ ความเป็นกรดสามารถกำหนดเป็นความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน (H+) ในสารละลาย สารละลายที่เป็นกรดส่งผลต่อปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นอย่างไรและรวดเร็วเพียงใด ความสามารถในการควบคุม pH มีความสำคัญต่อการทำปฏิกิริยาเคมีจำนวนมากให้สำเร็จ ดังนั้นสารละลายบัฟเฟอร์จึงมีการใช้งานจำนวนมาก แต่ก่อนอื่น สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าโซลูชันบัฟเฟอร์ทำงานอย่างไร

สารละลายบัฟเฟอร์มักจะเป็นส่วนผสมของกรดและเบสคอนจูเกต ดังที่เราได้เรียนรู้ข้างต้น ความเป็นกรดสามารถกำหนดเป็นความเข้มข้นของไอออน H+ ในสารละลายได้ ดังนั้นกรดจึงเป็นสารประกอบที่ปล่อย H+ ออกเป็นสารละลาย ถ้ากรดเพิ่มความเข้มข้นของ H+ จะเป็นไปตามที่ตรงกันข้าม เบส จะลดความเข้มข้นของ H+

เมื่อกรดสูญเสีย H+ จะสร้างคอนจูเกตเบส ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นได้ดีที่สุด เช่น CH3COOH (กรดอะซิติก) เมื่อ CH3COOH ทำหน้าที่เป็นกรด มันจะแยกตัวออกเป็น H+ และ CH3COO- (อะซิเตท) CH3COO- เป็นเบส เนื่องจากสามารถรับ H+ เพื่อสร้างกรดอะซิติกได้ จึงเป็นเบสคอนจูเกตของกรดอะซิติก หรือเบสที่ผลิตขึ้นเมื่อกรดอะซิติกปล่อยไอออน H+ แนวคิดนี้ดูซับซ้อนในตอนแรก แต่มั่นใจได้เลยว่าการเลือกเบสคอนจูเกตในปฏิกิริยาจริงไม่ใช่เรื่องยาก มันคือสิ่งที่เหลืออยู่ของกรดหลังจากปล่อยไอออน H+

ปฏิกิริยาเคมีสามารถย้อนกลับได้ ยกตัวอย่างปฏิกิริยาของเราจากเบื้องบน

CH3COOH > CH3COO- และ H+

CH3COO- และ H+ (ผลิตภัณฑ์) สามารถรวมกันเป็น CH3COOH (วัสดุตั้งต้น) ซึ่งเราจะเรียกว่า "ปฏิกิริยาย้อนกลับ" ปฏิกิริยาสามารถดำเนินการไปทางขวาหรือซ้าย ไปข้างหน้าหรือย้อนกลับได้ หลักการของเลอชาเตอลิเยร์เป็นกฎที่ระบุว่าปฏิกิริยาด้านซ้ายและด้านขวาต้องการความสมดุลหรืออัตราส่วนระหว่างกัน ในกรณีนี้ หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์ กล่าวโดยพื้นฐานว่า หากคุณเพิ่มผลิตภัณฑ์เพิ่มเติม (H+ หรืออะซิเตท) ค่า ปฏิกิริยาจะเปลี่ยนไปทางซ้าย (ไปทางวัสดุตั้งต้น) และสารตั้งต้น (กรดอะซิติก) จะก่อตัวเป็น การตอบสนอง

ในทำนองเดียวกัน หากเพิ่มผลิตภัณฑ์มากขึ้น สารตั้งต้นก็จะก่อตัวมากขึ้น เมื่อ CH3COOH ก่อตัว H+ จะถูกลบออกจากสารละลายเนื่องจากจับกับ CH3COO- และทำให้ความเป็นกรดของสารละลายไม่เพิ่มขึ้น ใช้หลักการทั่วไปเดียวกันนี้หากเติมเบส เพิ่ม H+ และ pH ของสารละลายไม่เปลี่ยนแปลง นี่เป็นวิธีการที่สารละลายบัฟเฟอร์หรือส่วนผสมของกรดกับเบสคอนจูเกตสามารถต้านทานการเปลี่ยนแปลงของค่า pH ได้

ร่างกายของคุณใช้บัฟเฟอร์เพื่อรักษา pH ของเลือดไว้ที่ 7.35-7.45 และในปฏิกิริยาทางชีวเคมีจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์ เอ็นไซม์เป็นสารประกอบที่ซับซ้อนมากซึ่งมักต้องการระดับ pH ที่แม่นยำเพื่อให้เกิดปฏิกิริยาอย่างเหมาะสม ซึ่งเป็นหน้าที่ของบัฟเฟอร์อินทรีย์ที่ร่างกายสร้างขึ้น ด้วยเหตุผลเดียวกันนี้ บัฟเฟอร์จึงมีความสำคัญสำหรับนักชีววิทยาหรือนักเคมีที่ทำการทดลองในห้องปฏิบัติการ มักจะต้องใช้ค่า pH ที่แน่นอนเพื่อให้กระบวนการที่ทำการศึกษาเกิดขึ้น และสารละลายบัฟเฟอร์เป็นวิธีเดียวที่จะรับประกันสภาวะเหล่านี้

โซลูชันบัฟเฟอร์ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม กระบวนการทางอุตสาหกรรมที่ต้องใช้สารละลายบัฟเฟอร์รวมถึงการหมัก การควบคุมกระบวนการย้อมและการผลิตยา