缓冲液

向溶液中加入少量的酸或碱，可导致 pH 值显著降低或升高。然而，许多化学和生物化学过程 需要一个稳定的 pH 值才能发挥作用。缓冲液可以防止溶液的 pH 值发生剧烈变化，在没有超过它们缓冲能力的情况下。缓冲液含有弱酸及其共轭碱 或弱碱及其共轭酸。例如，人类血液将其 pH 值保持在 7.4 附近，通过一种缓冲液，由碳酸（一种弱酸）和碳酸氢根离子（它的共轭碱）组成。共轭酸碱对会形成缓冲液，是因为它们不会中和它们的共轭酸或碱。例如，醋酸和醋酸盐不能反应。然而，如果把醋酸（一种弱酸）和氨（一种弱碱）加在一起，它们就会反应生成一种盐—醋酸铵。在缓冲液中，弱酸通过与产生的氢氧化物离子 反应来中和任何添加的碱，而其共轭碱通过与任何水合氢离子 反应来中和任何添加的酸。类似的机制也适用于弱碱 及其共轭酸的情况下。两个烧杯，X 和 Y，含有相同体积的 不同溶液，每个溶液的 pH 值为 7.2。烧杯 X 中的溶液没有进行缓冲。相反，烧杯 Y 中的溶液 含有乙酸-醋酸盐缓冲液。如果向烧杯 X 中添加盐酸，溶液的 pH 值会由于 水合氢离子浓度的增加 而突然下降。相反，烧杯 Y 中的溶液 烧杯 Y 中的溶液显示出几乎恒定的 pH 值，因为其中一种缓冲组分，醋酸盐，与盐酸反应，生成 氯离子和醋酸。同样地，如果向烧杯 X 中添加氢氧化钠，溶液的 pH 值会由于 氢氧化物离子浓度的增加 而突然升高。另一方面，当向烧杯 Y 中添加 氢氧化钠时，烧杯 Y 中的溶液的 pH 值 变化很小，因为其中一种缓冲组分，醋酸，与氢氧化钠反应，生成乙酸钠 和水分子。只要共轭酸碱对在溶液中的浓度高于 加入的强酸或强碱浓度，缓冲液就可以 防止溶液的 pH 值发生剧烈变化。