Czym są bufory i jaką rolę pełnią w preparatach fryzjerskich?

Bufory są roztworami, które posiadają zdolność buforowania, tzn. przeciwstawiania się znacznym zmianom pH. Wartość pH tych roztworów prawie nie zmienia się przy znacznych rozcieńczeniach, oraz w których dodatek niewielkich ilości mocnego kwasu lub mocnej zasady powoduje wielokrotnie mniejsze zmiany stężenia jonów H⁺, niż taki sam dodatek kwasu lub zasady do roztworu nie zawierającego buforu. Charakteryzują się one określonym stężeniem jonów wodorowych i służą do utrzymania określonego odczynu roztworów. Roztworami buforowymi są roztwory słabych kwasów oraz ich soli z mocną zasadą (H₂CO₃, NaHCO₃), albo słabych zasad i ich odpowiednich soli z mocnym kwasem oraz dwóch soli słabego kwasu wielozasadowego z mocną zasadą lub dwóch soli słabej zasady dysocjującej wielostopniowo z mocnym kwasem (np. Na H₂PO_4, Na₂ HPO₄₎. Rolę mieszanin buforowych spełniają również roztwory wodorosoli np. NaHCO₃, NaH₂PO₄ lub Na₂HPO₄.

Ze względu na rolę jaką pełnią w czasie reakcji roztwory buforowe ważna jest umiejętność wyznaczania ich pH. Wykorzystuje się w tym celu wzór Hendersona-Hasselbalcha, który wiąże ze sobą pH, stałą dysocjacji kwasowej oraz stężenia molowe roztworu:

pH = pKa + log ([A-]/[HA])

gdzie: Ka - stała dysocjacji kwasu HA, HA - stężenie molowe kwasu HA, A- -stężenie molowe soli kwasu HA.

Natomiast dla buforu z zasady stosujemy następujący wzór:

pH = pKw - pKb - log ([BH+]/[B])

gdzie: Kb - stała dysocjacji słabej zasady B, B - stężenie molowe zasad, BH+ - -stężenie molowe soli słabej zasady.

Każdy roztwór buforowy charakteryzuje się określonym zakresem pH. W przypadku buforu octanowego (według Walpoe'a) zakres ten wynosi 3,48-6,04, a w przypadku buforu amoniakalnego 7,96-10,52. pH roztworu buforowego zależy od pK_a kwasu (lub zasady) oraz od stosunku stężeń soli do kwasu lub zasady.

Każdy bufor posiada swoją pojemność β, która jest warunkowana stałą równowagi głównej reakcji buforowej, oraz stężeniem czynnika słabo dysocjującego. Pojemność buforowa (jej wartość jest zależna od pH) określa więc wrażliwość określonej ilości roztworu na dodawanie mocnego kwasu lub zasady. Miarą pojemności buforowej jest stosunek liczby dodanych moli jonów H+ lub OH- do zmiany pH w przeliczeniu na 1 litr roztworu buforowego. Pojemność buforu nie zależy od rodzaju buforu lecz od stężeń obu składników buforu. Im większe stężenie składników buforu, tym większa pojemność. Bufory o tym samym stężeniu mają największą pojemność wówczas, gdy stosunek ich składników sprzężonej pary kwas - zasada jest równy jedności. Maksymalna ilość mocnego kwasu, która może być zbuforowana jest zdeterminowana stężeniem soli obecnej w buforze, natomiast ilość mocnej zasady, która może być zbuforowana zdeterminowana jest stężeniem słabego kwasu, obecnego w buforze. W miarę zwiększania ilości dodawanej zasady lub kwasu pojemność buforowa zmniejsza się i staje się równa zeru w momencie, gdy cała zawarta w buforze sól zamieni się w słaby kwas lub cały słaby kwas zostanie przeprowadzony w sól. Dlatego pojemność roztworu buforowego zależy od jego stężenia; wzrasta wraz ze wzrostem stężenia buforu i maleje wraz z jego rozcieńczaniem. Pojemność buforowa zdefiniowana jest jako:

gdzie: Δn - ilość moli dodanego mocnego kwasu lub zasady (w praktyce podaje się dla 1 dm³ bufora, (Δn/V)) ΔpH - zmiana pH wywołana dodaniem tej ilości kwasu lub zasady.

Wzór van Slyke'a pozwala obliczyć pojemność buforową β jako funkcję pH roztworu, dla układu typu: HA + A^- (łącznie z obszarem nadmiaru mocnego kwasu lub nadmiaru mocnej zasady):

gdzie: C = [HA] + [A ⁻ ] - łączne stężenie słabego kwasu i jego soli, K_a - stała dysocjacji kwasu HA.

Wartość pH roztworów buforowych nie zależy od bezwzględnych stężeń jego składników, lecz od ich stosunku, dlatego rozcieńczanie buforów nie wpływa na ich pH. Zależy ono jednak od siły jonowej roztworu, która zmienia się w trakcie rozcieńczania. W rzeczywistości następuje niewielka zmiana pH, wywołana zmianą wielkości współczynnika aktywności f roztworu buforowego w miarę jego rozcieńczania.

Keratyna (białko budulcowe włosa) rozpuszcza się w środowisku silnie zasadowym (pH>11) i silnie kwaśnym (pH<3). Dlatego wszystkie zabiegi chemiczne przeprowadza się na włosach - bez względu na rodzaju świadczonej usługi - muszą zachodzić w ściśle określonych zakresach pH 4 - pH 10. W celu utrzymania optymalnego pH włosów podczas działania środków chemicznych producenci dodają do preparatów fryzjerskich środki buforowe. Bufory te nie doprowadzają do gwałtownej zmiany wartości pH roztworu, mimo wprowadzenia do niego dodatkowej ilości jonów wodorowych (obniżenie pH) lub jonów wodorotlenowych (podwyższanie pH). Przechwytują jony wodorowe i jony wodorotlenowe, utrzymując pH roztworu na stałym poziomie. Do celów fryzjerskich najczęściej stosuje się bufory amonowe i fosforanowe. Bufory amonowe utrzymują odpowiednio wysokie pH i są dodawane do preparatów ondulujących w środowisku zasadowym oraz rozjaśniaczy i dekoloryzatorów. Bufory fosforanowe optymalizują odczyn kwaśny i dlatego dodaje się je do środków neutralizując i odtwarzających płaszcz lipidowy skóry.

3

---