Pufferbildung

Pufferbildung bezeichnet in der Chemie und Biochemie den Prozess der Bildung eines Puffersystems in einer wässrigen Lösung, das pH-Änderungen abmildert. Ein Puffer besteht typischerweise aus einer schwachen Säure und ihrer konjugierten Base oder aus einer schwachen Base und ihrer konjugierten Säure.

Das Funktionsprinzip beruht darauf, dass bei Zugabe von Säure das Puffersystem H+-Ionen aufnimmt, indem die konjugierte Base das zusätzliche Proton bindet. Bei Zugabe von Base reagiert die schwache Säure mit OH− und bildet Wasser, wodurch der pH stärker gebremst wird. Dadurch wird der pH-Wert relativ konstant gehalten, solange genügend Pufferkomponenten vorhanden sind.

Die Beziehung zwischen pH, pKa und dem Verhältnis der Pufferspezies wird durch die Henderson-Hasselbalch-Gleichung beschrieben: pH = pKa + log([A−]/[HA]). Die Pufferkapazität ist am größten, wenn der pH nahe dem pKa der Pufferkomponente liegt. Außerdem hängt die Wirksamkeit von der Gesamtkonzentration der Pufferbestandteile ab und von der Temperatur, welche die pKa-Werte verschieben kann.

Typische Beispiele sind das Bicarbonat-/Kohlensäure-System im Blut, Acetat/Acetat-Ionen in vielen Laborsystemen oder Phosphatpuffer in Zellen. Puffer werden in der Praxis genutzt, um Reaktionen zu stabilisieren, biologische Gewebe zu schützen und biochemische Prozesse unter kontrollierten pH-Bedingungen zu halten.

Begrenzungen ergeben sich aus der Pufferkapazität: Bei starker Zugabe von Säuren oder Basen kann der Puffer versagen, und der effektive Bereich liegt üblicherweise innerhalb von etwa einer Einheit um den pKa. See also: Henderson-Hasselbalch-Gleichung, Puffersystem, Pufferkapazität.