بافر چگونه تهیه می شود؟

شاید تا به حال نام بافر یا محلول بافر به گوشتان خورده باشد. محلول بافری محلول آبی است که دارای pH بسیار پایداری است. از این محلول در انجام آزمایش‌های شیمیایی بسیار استفاده می‌شود. استفاده ار بافر یکی از موارد مهم در شیمی اسید-باز است. در ادامه قصد داریم تا شما را با مفاهیم بافر، نحوه تهیه بافر و نحوه محاسبه pH آشنا کنیم.

بافر چیست؟

بافر ، محلولی آبی است که دارای pH بسیار پایدار است. عامل بافری اسیدی ضعیف و یا باری ضعیف است که به ثابت ماندن pH یک محلول آبی پس از افزوده شدن اسید و یا باز به آن کمک می‌کند. هر محلول بافری دارای یک محدوده عملکردی pH است و می‌تواند در مقابل مقدار تغییر pH به ازای مقدار مشخصی اضافه شدن باز یا اسید مقاومت کند که به آن ظرفیت بافری گفته می‌شود. همان‌گونه که گفته شد این محلول‌ها در محدوده خاصی از pH قابل استفاده هستند.

آماده سازی محلول بافر

از سه روش کلی می توان محلول‌های بافر را تولید کرد:

روش اول

ابتدا اسید بافر را در آب حل کنید. مقدار آب باید ۶۰ درصد حجم نهایی بافر باشد. سپس pH را اندازه گیری کنید. برای افزایش pH به مقدار مورد نظر، از یک باز قوی همچون NaOH استفاده کنید. اگر بافر را به کمک یک باز تهیه کرده‌اید، در این مرحله می‌توانید از یک اسید قوی همچون HCl استفاده کنید. 

روش دوم

در این روش می‌توانید محلول را در شکل‌های اسیدی و بازی خود تولید کنید. به همین منظور، هر دو محلول باید غلظت بافر یکسان و برابر با بافر نهایی داشته باشند. برای به دست آوردن محلول نهایی، همزمان با کنترل کردن میزان pH، یکی از محلول‌ها را به دیگری اضافه می‌کنیم.

روش سوم

به طور دقیق می‌توانید میزان اسید و باز مزدوج موردنیاز برای تولید یک محلول بافر با میزان مشخصی از pH را تعیین کنید. برای این کار باید از معادله هندرسون- هاسلباخ استفاده کنید که در زیر آمده است:

pH=pKa+log([A–]/[HA])

در رابطه بالا:

• $$pH$$: میزان pH محلول بافر یا به عبارت دیگر، غلظت یون هیدروژن $$\left[H^{+}\right]$$
• $$p{K}_a$$: ثابت تفکیک اسید
• $$[\text{A}-]$$ و $$[\text{HA}$$، غلظت‌های باز مزدوج و اسید.

نحوه کار بافرها چگونه است؟

با توجه به این‌که در محلول بافر هم عامل اسیدی و هم عامل بازی وجود دارد، هنگامی که یون های هیدروژن (اسید) به بافر افزوده می‌شوند توسط باز خنثی می‌شوند.از سویی یون‌های هیدروکسید نیز توسط اسید خنثی می‌شوند. این واکنش‌های خنثی سازی باعث می‌شود تا pH کلی محلول تغییر نداشته باشد.

هنگامی که یک اسید را برای محلول خود انتخاب می‌کنیم، اسیدی با pKa نزدیک به pH مدنظر خود انتخاب نمایید. این کار باعث می شود تا حد ممکن یون های H+ و OH- خنثی شود. برای درک بهتر نحوه کار بافرها ، به عنوان مثال محلول بافری که از حل نمودن سدیم استات در اسید استیک تهیه شده‌است را در نظر بگیرید. اسید استیک به عنوان اسید (CH3COOH)عمل می‌کند. در حالیکه استات سدیم در محلول جدا می‌شود تا باز مزدوج یعنی یون‌های استات را تولید کند. معادله واکنش به صورت زیر است:

CH_۳COOH(aq) + OH^–(aq) ⇆ CH_۳COO^–(aq) + H_۲O(aq)

اگر یک باز قوی به محلول اضافه شود یون‌های استات آن را خنثی می‌کند:

CH_۳COO^–(aq) + H⁺(aq) ⇆ CH_۳COOH(aq)

این واکنش‌ها باعث ثابت ماندن pH در محلول خواهند شد. از سوی دیگر باز قوی با اسید استیک واکنش می‌دهد.

نتیجه‌گیری:

همان‌طور که در این مقاله مرور کردیم، بافر محلولی با pH بسیار پایدار است. هدف از به کار بردن این محلول‌ها در آزمایش‌های متفاوت، حفظ ثبات در pH  محیط آزمایش است. چرا که این ترکیبات با افزوده شدن اسید قوی یا یک باز قوی به محیط، مقاومت بالایی در برابر تغییرات دارند. بنابراین زمینه کاربرد اصلی محلول بافر هر چه که باشد، هدف از به کار بردن آن حفظ تعادل pH است. جالب است بدانید که در محیط های طبیعی می‌توان سیستم بافری متنوعی را دید.