2) слабой кислоты и сильного основания
3) слабой кислоты и соли, образованной этой кислотой и сильным основанием (+)
4) слабой кислоты и слабого основания
Буферная система представляет собой сопряжённую пару слабого электролита: слабую кислоту и её сопряжённое основание. В указанном варианте слабая кислота частично диссоциирует, а соль, образованная этой кислотой и сильным основанием, практически полностью распадается в растворе и обеспечивает наличие сопряжённого основания. Классический пример — ацетатный буфер: уксусная кислота и ацетат натрия.
Механизм буферного действия основан на связывании добавленных ионов водорода и гидроксид-ионов. Сопряжённое основание соли связывает H+ с образованием слабой кислоты, а слабая кислота нейтрализует OH− с образованием воды и сопряжённого основания. Количественное соотношение компонентов описывается уравнением Гендерсона—Хассельбаха: pH = pKa + log([A−]/[HA]); максимальная буферная ёмкость достигается при приблизительно равных концентрациях кислоты и её сопряжённого основания.
Смесь сильной кислоты и сильного основания не образует устойчивого буфера, поскольку они практически полностью диссоциируют и нейтрализуют друг друга. Слабая кислота и сильное основание могут дать буфер только при неполной нейтрализации слабой кислоты, когда одновременно сохраняются HA и A−, однако стандартное описание состава такой системы — слабая кислота и соль её сопряжённого основания.
| Буферная система | Основные компоненты | Механизм действия | Пример или значение |
|---|---|---|---|
| Кислотный буфер | Слабая кислота HA и соль её сопряжённого основания A− | HA связывает OH−, A− связывает H+ | Уксусная кислота/ацетат натрия |
| Щелочной буфер | Слабое основание B и соль его сопряжённой кислоты BH+ | B связывает H+, BH+ нейтрализует OH− | Аммиак/хлорид аммония |
| Бикарбонатная система | H2CO3/HCO3− | HCO3− связывает избыток H+ с образованием CO2 и H2O | Главный внеклеточный буфер крови; регулируется лёгкими и почками |
| Фосфатная система | H2PO4−/HPO42− | Обратимое связывание или высвобождение H+ | Особенно значима внутри клеток и в канальцах почек |
| Белковый буфер | Ионизируемые кислотные и основные группы белков | Аминокислотные остатки присоединяют или отдают H+ | Внутриклеточная буферная защита; важная роль гемоглобина |
| Сильная кислота и сильное основание | HCl и NaOH либо аналогичные электролиты | Практически полная нейтрализация без сопряжённой пары слабого электролита | Буферная ёмкость отсутствует или крайне мала |
| Слабая кислота и сильное основание | Исходные реагенты до или при неполной нейтрализации | Буфер возникает только после образования одновременно присутствующих HA и A− | В учебной классификации представляется как слабая кислота и её соль |
Буферная ёмкость зависит не только от соотношения компонентов, но и от их общей концентрации: более концентрированная система связывает большее количество добавленной кислоты или щёлочи. В физиологии нарушение соотношения компонентов бикарбонатного буфера лежит в основе метаболических и респираторных расстройств кислотно-основного состояния. Поэтому при оценке газов крови анализируют pH, pCO2, концентрацию гидрокарбоната и компенсаторные реакции организма.