Roztworami buforowymi nazywamy roztwory zachowujące stałą wartość pH i nieczułe na niewielkie dodatki kwasów i zasad. Są to przeważnie roztwory słabych kwasów i ich soli lub słabych zasad i ich soli.
Działanie roztworu buforowego sporządzonego w oparciu o słaby kwas HA i sprzężony z tym kwasem anion
(zasadę zgodnie z definicją Brönsteda) polega wiązaniu nadmiaru jonów
w wyniku reakcji:
(5.90a)
(5.90b)
pH takiego roztworu buforowego możemy ustalić dobierając odpowiednio stężenie słabego kwasu HA i sprzężonej z nim zasady
posługując się stałą równowagi dla reakcji dysocjacji kwasu:
(5.91)
(5.92)
(5.93)
(5.94)
Z definicji:
mamy:
(5.95)
Bufor octanowy
Bufor octanowy składa się z kwasu octowego
i jego soli na przykład octanu sodowego
. Działanie buforujące tego roztworu polega na wiązaniu namiaru jonów wodorowych zgodnie z reakcją:
(5.96a)
oraz wiązaniu nadmiaru jonów hydroksylowych:
(5.96b)
W ten sposób roztwór zachowuje stałą wartość pH pomimo niewielkich dodatków kwasu lub zasady. pH buforu octanowego dane jest równaniem:
Roztwór zawierający
oraz
będzie miał kwasowość:
Stała dysocjacji kwasu octowego wynosi:
.
Bufor amonowy
Roztwory zawierające sole amonowe i wodny roztwór amoniaku mają własności buforowe:
wiązanie jonów wodorowych
wiązanie jonów hydroksylowych
Kwasowość roztworu buforowego dana jest wyrażeniem:
W roztworze buforu octanowego znajdują się następujące jony i drobiny:
CH3COOH (słaby kwas, więc praktycznie nie dysocjuje), CH3COO-, oraz Na+.(pochodzące z soli) oraz H+ i OH- znajdujące się w każdym wodnym roztworze.
Jeśli do buforu octanowego dodamy kwasu, to z wprowadzonymi jonami H+ może przereagować „coś zasadowego“. Zasadową drobiną jest CH3COO- - może ona połączyć się z protonem dając cząsteczkę kwasu octowego:
CH3COO- + H+ → CH3COOH
Jeśli do roztworu buforu octanowego dodamy zasady, to z wprowadzonymi jonami mogą przereagować „coś kwasowego“. Kwasową drobiną jest CH3COOH - może ona przereagować z jonem OH- dając jon octanowy i wodę:
CH3COOH + OH- → CH3COO- + H2O
Jak widać, cokolwiek nie wrzucisz do roztworu: OH- czy H+- ulega reakcji. pH dzięki temu pozostaje takie samo - nie przybywa ani nie ubywa jonów odpowiedzialnych za pH.