bufferointikykyä

Bufferointikykyä tarkoitetaan järjestelmän kykyä vastustaa pH-muutoksia, kun siihen lisätään hapon tai emäksen kaltaisia aineita. Se on keskeinen käsite sekä kemiassa että biologiassa ja ympäristötieteissä, ja se kuvaa, kuinka vakaana pH pysyy häiriötilanteissa.

Bufferit muodostuvat tyypillisesti heikosta haposta ja sen konjugoituneesta emäksestä, jotka yhdessä voivat vastaanottaa tai luovuttaa protoneja. Tavallisia esimerkkejä ovat etikkahappo/ettonaatti (HA/A−) sekä hiilidioksidi/bikarbonaatti-järjestelmä (H2CO3/HCO3−), joita esiintyy sekä laboratorio- että luonnontilanteissa. Näiden järjestelmien pH-alue on usein lähellä toisen yhdisteen pKa-arvoa, jolloin niiden kyky vastustaa pH-muutoksia on suurin.

Kapasiteetti voidaan määritellä siten, että se kuvaa, kuinka paljon vahvaa happoa tai emästä tarvitaan nostamaan tai laskemaan pH:tä yhdellä yksiköllä. Yksiköinä käytetään tavallisesti mol/L per pH-yksikkö (mol L−1 pH−1). Käytännössä bufferointikykyä arvioidaan yhdistämällä bufferin kokonaiskonsentraatio, pH:n suhde pKa-arvoihin sekä lämpötila; Henderson–Hasselbalch -periaate helpottaa käsitteellistä ymmärrystä.

Faktoreita, jotka vaikuttavat kapasitteen suuruuteen, ovat konsentraatio, pH suhteessa pKa-arvoihin, lämpötila sekä ionivahvuus. Eri järjestelmien yhteisvaikutukset voivat myös muuttaa kokonaiskapasiteettia.

Sovelluksissa bufferointikyky on ratkaiseva monissa elämän osa-alueissa: veressä ja muissa biologisissa nesteissä, maaperässä, vesistöissä sekä elintarvikkeiden ja lääkkeiden valmistuksessa. Rajoitteena on, että kapasiteetti on rajallinen ja suurten lisäysten tapauksessa pH voi muuttua nopeasti, kunnes uusi tasapaino saavutetaan.