Buffers zijn vanwege hun unieke samenstelling bestand tegen veranderingen in de pH wanneer kleine hoeveelheden zuur of base worden toegevoegd. Een buffer bestaat doorgaans uit een zwak zuur en zijn geconjugeerde base, of uit een zwakke base en zijn geconjugeerde zuur. Wanneer een kleine hoeveelheid zuur aan een bufferoplossing wordt toegevoegd, doneert het zwakke zuur protonen (H+) aan de oplossing, waardoor een significante daling van de pH wordt voorkomen. Omgekeerd, wanneer een kleine hoeveelheid base wordt toegevoegd, accepteert de geconjugeerde base protonen, waardoor een significante stijging van de pH wordt voorkomen.

Hier is een vereenvoudigde uitleg:

1. Zwakke zuurbuffer :

Beschouw een bufferoplossing die een zwak zuur (HA) en zijn geconjugeerde base (A-) bevat. Wanneer een kleine hoeveelheid zuur wordt toegevoegd, vindt de volgende reactie plaats:

HA + H+ → A- + H3O+ (Hydroniumion)

Bij deze reactie doneert het zwakke zuur (HA) protonen aan de oplossing, gecombineerd met de toegevoegde H+-ionen om meer van zijn geconjugeerde base (A-) te vormen. Dit voorkomt een significante daling van de pH omdat de extra H+-ionen worden verbruikt door het zwakke zuur.

2. Zwakke basisbuffer :

Op dezelfde manier kan een bufferoplossing die een zwakke base (B) en het geconjugeerde zuur ervan (HB+) bevat, kleine hoeveelheden toegevoegde base neutraliseren:

B + OH- → HB+ + H2O (Water)

In dit geval accepteert het geconjugeerde zuur (HB+) de toegevoegde hydroxide-ionen (OH-), zet deze om in watermoleculen en verhoogt de concentratie van de geconjugeerde base (B). Hierdoor wordt een substantiële stijging van de pH voorkomen omdat de toegevoegde OH-ionen effectief worden verwijderd.

De buffercapaciteit of buffercapaciteit bepaalt hoeveel zuur of base een buffer kan neutraliseren voordat de pH aanzienlijk verandert. Deze capaciteit hangt af van de concentraties van het zwakke zuur en zijn geconjugeerde base (of de zwakke base en zijn geconjugeerde zuur) in de bufferoplossing. Buffers zijn essentieel in verschillende toepassingen, waaronder biologische systemen (waarbij de pH van cruciaal belang is voor de enzymactiviteit), analytische chemie (het handhaven van een stabiele pH voor titraties) en industriële processen (het controleren van de pH tijdens de productie).