TEMAT 5 - ROZTWORY BUFOROWE
Dr hab.inż. Daniela Szaniawska, prof.nadzw.
ZChiIÅš, WM, AM
Szczecin 2011
zagadnienia
1. Charakterystyka roztworów
buforowych kwasowych i
zasadowych
2. Przykłady obliczeniowe
3. Bufory w organizmie ludzkim
1. 1. ROZTWORY BUFOROWE
Ä„ð Bufory - roztwory, których pH siÄ™ nie
zmienia po dodaniu niewielkich ilości
mocnych kwasów i zasad
Ä„ð Roztwór buforowy kwasowy  sÅ‚aby
kwas + sprzężona z nim zasada; pH < 7
Ä„ð Roztwór buforowy zasadowy  sÅ‚aba
zasada + sprzężony z nią kwas; pH > 7
1. 1. ROZTWORY BUFOROWE
Ä„ðBufor jest mieszaninÄ…
zawierającą sprzężone słabe
kwasy i zasady, która
utrzymuje stałe pH w wyniku
przyjmowania i oddawania
protonów w reakcjach z
dodanym kwasem lub zasadÄ…
1.2. Działanie buforów
Ä„ð Bufor kwasowy:
lð CH3COOH + H2O H3O+ + CH3COO-
lð Dodatek mocnego kwasu  jony H3O+ z kwasu
przekazujÄ… protony jonom CH3COO- powstaje
CH3COOH, słaby kwas, zdysocjowany w
niewielkim stopniu, więc pH nie ulega zmianie -
zasada sprzężona ze słabym kwasem
przyjmuje protony od jonów H3O+
dostarczanych przez mocny kwas
lð Dodatek mocnej zasady  jony OH- odbierajÄ…
protony od czÄ…steczek CH3COOH, wzrasta
stężenie jonów CH3COO-, ale stężenie OH-
pozostaje prawie niezmienione, nie zmienia siÄ™
też stężenie jonów H3O+ i pH  słabe kwasy
przekazujÄ… protony jonom OH-
pochodzÄ…cym od dodanej mocnej zasady
1.2. Działanie buforów
Ä„ð Bufor zasadowy:
lð NH3 + H2O Ä…ð NH4+ + OH-
lð Dodanie mocnego kwasu  wprowadzone
protony przyłączają się do cząsteczek NH3 i
powstajÄ… jony NH4+ - jony wodorowe sÄ…
usunięte z roztworu, pH nie zmienia się 
słaba zasada przyłącza protony
dostarczane przez dodany mocny kwas
lð Dodanie mocnej zasady  wprowadzone jony
OH- usuwajÄ… protony z NH4+,powstaje NH3 i
H2O  kwas sprzężony ze słabą zasadą
przekazuje protony jonom OH-
pochodzÄ…cym od wprowadzonej mocnej
zasady
1.3. Układy buforowe
Skład pH = pKa**
1.krew, płyny
komórkowe 7,4
2. Oceany* 8,4
3. Bufory kwasowe
CH3COOH/CH3COO- 4,74
HNO2/NO2- 3,37
HClO2/ClO2- 2,00
4. Bufory zasadowe
NH4+/NH3 9,25
(CH3)3NH+/(CH3)3N 9,81
H2PO4-/HPO4-2 7,21
*Skomplikowane procesy zachodzące w obecności
wodorowęglanów i krzemianów
**Stała dysocjacji słabego kwasu lub kwasu
sprzężonego z zasadą
1.4. Znaczenie i zastosowanie
roztworów buforowych
Ä„ð Zasadnicza rola w homeostazie  procesie
samoregulacji organizmu (utrzymanie
stabilności i reakcja na bodz
ce z
otoczenia)
Ä„ð Kalibrowanie pHametrów
Ä„ð Hodowla bakterii
Ä„ð Kontrolowanie pH roztworów, w których
zachodzÄ… reakcje chemiczne
Ä„ð Dożylnie  pacjenci w stanie krytycznym
2. obliczanie pH roztworów
buforowych  przykład 1
Ä„ð Obliczyć pH roztworu buforowego
złożonego z CH3COONa o stężeniu 0,04
mol/l oraz CH3COOH o stężeniu 0, 08
mol/l, w temperaturze 25C
STRATEGIA:
1. Wskazać słaby kwas i zasadę z nim
sprzężoną (kwas zawiera jeden atom H
więcej niż zasada)
2. Napisać r-nie równowagi przeniesienia
protonu między kwasem i zasadą
STRATEGIA  obliczanie pH roztworu
buforowego
3. Za pomocą r-nia na stałą równowagi
dysocjacji, Ka wyznaczyć wzory na
stężenie jonów [H3O+] oraz pH
4. Obliczyć pH:
- znalez
ć w tablicach wartość Ka słabego
kwasu  Ka = 1,8 x 10 -5
- zastosować przybliżenie - stężenia
równowagowe zastąpić stężeniami
poczÄ…tkowymi kwasu i zasady
Obliczanie pH roztworu buforowego -
odpowiedz

1. Kwas  CH3COOH, sprzężona
zasada  CH3COO-
2. CH3COOH + H2O Ä…ð H3O+ +
CH3COO-
3. Ka = ([H3O+] [CH3COO-]/
[CH3COOH]
[H3O+] = Ka ([CH3COOH]/[CH3COO-])
pH = pKa + log [CH3COO-]/
[CH3COOH]
Równanie do obliczania pH
roztworu buforowego
pH = pKa + log [zasada]/[kwas]
gdzie:
pKa = - log Ka
Ka  stała dysocjacji kwasu
Obliczanie pH roztworu buforowego -
odpowiedz

4. KCH3COOH = 1,8 x 10-5
pKCH3COOH = 4,75
[CH3COOH] = 0,08 mol/l
[CH3COO-] = 0,04 mol/l
StÄ…d
pH = 4,75 + log (0,04/0,08) = 4,45
Przykład 2  obliczanie zmiany pH
roztworu buforowego pod wpływem
dodatku kwasu lub zasady
Ä„ð W 500 ml roztworu buforowego
złożonego z CH3COOH i CH3COONa o
stężeniach odpowiednio, 0,08 i 0,04
mol/l rozpuszczono :
a) 1,2 g NaOH (0,03 mola NaOH)
b) 0,01 mola HCl
Obliczyć pH otrzymanych roztworów i
zmianę pH, założyć, że objętość
pozostaje stała
RozwiÄ…zanie: a)
Strategia:
1.Napisać zachodzącą reakcję: jony OH- reagują ze słabym
kwasem zawartym w roztworze buforowym:
CH3COOH + OH- = CH3COO- + H2O
Co powoduje zmniejszenie ilości tego kwasu i zwiększenie ilości
sprzężonej z nim zasady
2. Obliczyć stężenia kwasu i zasady po dodaniu jonów OH-
[CH3COOH] = 0.02 mol/l; [CH3COO-] = 0,1 mol/l
3. Obliczyć pH po dodaniu jonów OH- z zastosowaniem
obliczonych stężeń kwasu i zasady
pH = pKa + log [CH3COO-]/[CH3COOH] = 4,75 + log (0,1/0,02)
= 5,45
RozwiÄ…zanie: b)
2.Steżenia kwasu i zasady po dodaniu
HCl wynoszÄ…: [CH3COOH] = 0,1
mol/l; [CH3COO-] = 0,02 mol/l
3.pH = pKa + log (0,02/0,1) = 4,75
0,7 = 4,05; obniżenie o 0,4 ( w
porównaniu z 4,45)
Przykład 3  wyznaczanie stosunku stężeń
kwasu i zasady w roztworze buforowym o
określonym pH
-2
Ä„ð Obliczyć stosunek stężeÅ„ jonów CO3 i HCO3-
niezbędny do uzyskania działania buforowego
przy pH = 9,5; pKa2 kwasu H2CO3 wynosi
10,25
Ä„ð Odpowiedz
: [CO3-2]/[HCO3-] = 0,18
Roztwór będzie wykazywał działanie
buforujące przy pH = 9,5 jeśli zostanie
przygotowany przez zmieszanie
składników w stosunku 0,18 mola CO3-2
na 1 mol HCO3-
 przykład 4 - roztwory buforowe
(zasadowe)  obliczenia z
zastosowaniem Kb
Ä„ðNowokaina używana przez
dentystów do miejscowego
znieczulenia, jest słabą zasadą o
pKb = 5,05; pH krwi wynosi 7,4;
jaki jest stosunek stężeń nowokainy
i sprzężonego z nią kwasu w
krwioobiegu?
Strategia:
1.Stosujemy r-nie Hendersona-Hasselbalcha
wyprowadzone dla buforów kwasowych:
pH = pKa + log [zasada]/[kwas]
2. Wyznaczamy pKa za pomocÄ… iloczynu
jonowego wody:
Kw = Ka Kb = 10 -14
pKw = pKa + pKb
14 = pKa + pKb
rozwiÄ…zanie
7,4=(14  5,05)+log[zasada]/[kwas]
StÄ…d:
Log[zasada]/[kwas] = 7,4  8,95 = -
1,55
Stosunek stężeń nowokainy (zasada) i
sprzężonego z nią kwasu w
krwioobiegu wynosi 2,8 x 10 -2 : 1
3. bufory w organizmie ludzkim
Ä„ð Procesy metaboliczne utrzymujÄ… pH ludzkiej krwi
w zakresie 7,35  7,45
Ä„ð Do kontrolowania pH organizm używa ukÅ‚adu
kwas węglowy, H2CO3/jon wodorowęglanowy,
HCO3-
Ä„ð Normalny stosunek stężeÅ„ HCO3- i H2CO3 wynosi
20:1 (większa część kwasu węglowego występuje
w postaci rozpuszczonego CO2):
lð gdy wzrasta stężenie HCO3- wzglÄ™dem H2CO3 roÅ›nie
pH  alkaloza, zasadowica
lð Gdy stosunek HCO3-i H2CO3 maleje obniża siÄ™ pH -
kwasica
lð Oba przypadki mogÄ… spowodować Å›mierć
(podstawowa czynność I pomocy  podawanie
dożylne płynów)
3. bufory w organizmie ludzkim
Ä„ð Stężenia kwasu wÄ™glowego i
wodorowęglanu we krwi kontrolowane są
przez dwa niezależne mechanizmy:
lð Stężenie kwasu wÄ™glowego  kontrolowane
jest przez oddychanie (szybkie i głębokie
zwiększa ilość wydychanego CO2); przy
wydychaniu usuwane jest CO2, a więc też
H2CO3
lð Stężenie jonów wodorowÄ™glanowych
kontrolowane jest prze proces wydalania ich z
moczem
3. bufory w organizmie ludzkim
Ä„ð Kwasica (zmniejszenie stosunku stężeÅ„ HCO3-/H2CO3
 obniżenie pH krwi):
lð Oddechowa  osÅ‚abione oddychanie zwiÄ™ksza stężenie
CO2 we krwi (np. astma, zapalenie płuc, rozedma,
wdychanie dymu; leczenie: wentylatory mechaniczne
wspomagajÄ…ce oddychanie, leki przeciwastmatyczne 
otwierajÄ… skurczone kanaliki oddechowe )
lð Metaboliczna  uwolnienie do krwioobiegu nadmiernych
ilości kwasu mlekowego i innych ubocznych produktów
przemiany materii o charakterze kwasowym  reagujÄ… z
wodorowęglanem z utworzeniem kwasu węglowego
(np.ciężkie ćwiczenia fizyczne  szybsze oddychanie;
cukrzyca, głodzenie, ciężkie poparzenia  zmniejszenie
objętości krwi i zaopatrzenia w tlen, brak tlenu
nadmierna produkcja kwasu mlekowego - podawanie
roztworu Ringera)
3. bufory w organizmie ludzkim
Ä„ð Alkaloza:
lð oddechowa - wzrost pH zwiÄ…zany z
nadmiernym oddychaniem (hiperwentylacja
spowodowana np. lękiem, wysoką gorączką 
omdlenie  wolniejsze oddychanie,
zapobieganie omdleniu  oddychanie do
papierowej torebki umożliwia pobieranie z
powrotem większości wydychanego CO2)
lð Metaboliczna  wzrost pH spowodowany
choroba lub przyjmowaniem środków
chemicznych (spowodowana wymiotami lub
przedawkowaniem środków moczopędnych 
zmniejszenie szybkości oddychania)
3. Przykład obliczeniowy  bufory w
organizmie ludzkim
Ä„ð Do symulowania warunków panujÄ…cych
we krwi stosuje się buforowy roztwór
fosforanowy o pH = 7,4:
a) Jaki musi być w nim stosunek stężeń
-2 -
jonów HPO4 i H2PO4
b) Jaką masę Na2HPO4 należy rozpuścić w
500 ml 0,1 molowego roztworu NaH2PO4
w celu przygotowania tego buforu
RozwiÄ…zanie: a)
- -2
*Kwas: H2PO4 ; sprzężona z nim zasada: HPO4
*R-nie równowagi przeniesienia protonu:
- -2
H2PO4 + H2O Ä…ð H3O+ + HPO4
*Stała równowagi tej reakcji:
Ka2 = {[H3O+] [HPO4-2]}/[H2PO4-]
*[H3O+]= Ka2 [H2PO4-]/[HPO4-2]
*pH = pKa2 + lg[HPO4-2]/[H2PO4-]
StÄ…d:
log [HPO4-2]/[H2PO4-] = pH  pKa2 = 7,4  7,21 = 0,19
[HPO4-2]/[H2PO4-] = 1,55
Stosunek stężeń wynosi 1,55 mola HPO4-2 na 1 mol H2PO4-
Cd rozwiÄ…zania: b)
Ä„ð11g Na2HPO4 należy rozpuÅ›cić w
500 ml 0,1 molowego roztworu
NaH2PO4, aby otrzymać roztwór o
działaniu buforującym przy pH =
7,4
Zadanie dla studentów
Ä„ðObliczyć pH roztworu buforowego
otrzymanego przez zmieszanie 0,1
m roztworów NH4Cl i NH4OH
a) w stosunku obj. 1:1
b) w stosunku obj. 1:4
Odp. a
Jest to bufor zasadowy
NH3(aq) + H2O(c) Ä…ð NH4+(aq) + OH-(aq)
Zasada NH3 i sprzężony kwas NH4+
Stężenie zasady (NH4OH)
Stężenie sprzężonego kwasu  jonu
NH4+ (NH4Cl)
Dla roztworu buforowego NH4+/NH3
pKa = 9,25
pH = pKa ponieważ stężenia kwasu i
zasady sÄ… takie same
Obliczanie pKa w buforach
zasadowych
Bufor zasadowy  słaba zasada,
NH3(aq) + sprzężony kwas, NH4+
Stała dysocjacji amoniaku Kb = 1,8 x
10-5 stad pKb = 4,75
pKa = 14  pKb = 14  4,75 = 9,25
Odp.b
pH = pKa + log [zasada]/[kwas]
Stężenie zasady:
Stężenie kwasu= 4:1
pH = 9,25 + log 4/1= 9,25+0,6=9,31
Zakres zasadowy