Buffere er kjemikalier som minimaliserer endringer i pH, eller surhetsgrad, av en oppløsning. De er anvendelige i kjemiske løsninger som fungerer optimalt innenfor et smalt område for pH-verdien, slik som biologiske systemer. Buffere tilveiebringe et medium hvori reaksjoner kan finne sted uten å akkumulere store konsentrasjoner av hydrogenioner, noe som fører til en økning i surhet.

Acid-Base kjemi

En syre er en kjemisk med en molekylstruktur som predisponerer det å donere hydrogenioner til andre molekyler i løsningen. Den molekylære struktur av syrer variere vidt, men alle inneholder minst ett hydrogenatom som kan frigjøres i løsning. Syrer som finnes i mange former, som strekker seg fra sterke til svake syrer. En svak syre vil ikke lett donere sine hydrogenatomer, redusere sin deltakelse i kjemiske reaksjoner. Sterke syrer, derimot, vil tvinge deres hydrogenioner ved andre molekyler, noen ganger på en ødeleggende måte. Når et surt molekyl har donert dens hydrogenatom, er den gjenværende kjemiske strukturen referert til som den korresponderende base av syren. En blanding av en svak syre og dens konjugerte base for oppretter en nøytral, minimal kjemisk reaktiv buffer som vil motstå endringer i pH.

Komponenter av buffere

Når en sterk syre tilsettes til vann, vil pH hurtig endres på en forutsigbar måte, basert på mengden av syre tilsatt, og styrken av denne syre. Buffere skape et kjemisk miljø i hvilket den observerte forandring i pH i oppløsningen er betydelig mindre enn det som ville være ventet. For eksempel vil tilsetning av en sterk syre slik som saltsyre for å fremstille rent vann en betydelig endring i pH-verdien. Hvis denne samme syre tilsettes til en buffer-oppløsning, vil endringen i pH-verdi være betydelig mindre, og oppløsningen ville forbli relativt nøytral.

De kritiske ingredienser i en hvilken som helst buffer er en svak syre og dens konjugerte base for. Denne kjemiske banen er svært motstandsdyktig mot pH-forandring på grunn av løsningens evne til å absorbere hydrogenioner; konjugerte baser av svake syrer er sulten på hydrogenatomer og vil lett binde seg til de som er tilstede i løsningen. Mens de spesifikke kjemikalier kan variere, og denne virkningsmekanismen forblir den samme i alle bufferløsninger.

Biologiske buffere

Levende organismer er ofte svært følsomme for endringer i pH; mennesker er ikke noe unntak. De enzymatiske reaksjoner som finner sted gjennom kroppen din fungerer best innenfor et optimalt utvalg av pH. Det er viktig å kontrollere pH-svingninger i blod for å unngå skade på celler og vev tap av funksjon. Sirkulasjonssystemet er utstyrt med flere mekanismer for bufring av blod fra store endringer i surhet. Under trening, for eksempel, musklene øke produksjonen av karbondioksyd og melkesyre, som begge vil senke pH-verdien av sirkulerende blod. Blodet er høy i bikarbonationer, som er i stand til å bufre syren frigjøres ved å utøve muskler. Ved en reaksjon med et enzym kjent som karboanhydrase, vil hydrogenionet og bikarbonat kombineres for å danne karbondioksyd og vann. Uten denne buffersystem, ville selv små fysiske anstrengelser produsere dødelige økninger i blod surhet.

Buffer Forberedelse

Den bufferkapasiteten til blodet er nyttig for korttidsregulering av blod-pH, men er andre organsystemer som kreves for å generere og opprettholde buffermiljø av blodet. Nyrene, for eksempel, er i stand til å fjerne overskudd av syre eller base molekyler fra blodet; disse tilpasningene, gjør at blodet til å forberede seg på en sur belastning under trening, for eksempel. Et annet organ som deltar i bufring er lungene, som fjerner syren fra blodet i form av utåndet karbondioksyd. Begge disse organsystemer spille rollen i utarbeidelsen av blod for bufring store endringer i pH under fysisk aktivitet.