緩衝物質

緩衝物質指能調節溶液的pH值，使溶液的pH值在加入一定量的酸性物質或鹼性物質時保持恆定或小範圍變化的一種物質。有的緩衝物質顯酸性，有的緩衝物質顯鹼性。緩衝物質在農業、食品保存與醫藥等方面應用廣泛。

緩衝物質可以是弱鹼或弱酸，通常把緩衝物質添加到水中或其他溶劑中以製成緩衝溶液，以起到緩衝作用。例如，緩釋阿司匹林中含有一些緩衝物質，例如氧化鎂，使藥物在經過病人的胃部時不會因與胃酸作用而改變其pH使藥物失效。緩衝物質的另一種應用是用於治療胃酸過多的抗酸片，可使胃中過多胃酸得到中和。

原理

弱酸和與其對應的弱酸鹽（或弱鹼和與其相對應的弱鹼鹽）可以形成一對緩衝對。當溶液中加入少量酸性物質時，緩衝對中的鹼性組分與之反應中和，當溶液中加入少量鹼性物質時，緩衝對中的酸性組分與之反應中和。由勒夏特列原理，平衡均向減弱pH變化方向移動，使溶液酸鹼度大體保持不變。

由亨德森-哈塞爾巴爾赫方程，緩衝溶液的pH值由下式給出：

$\ pH=\log _{10}{\frac {\left[A^{-}\right]}{\left[H\!A\right]}}$

式中HA指緩衝對組分中的酸性物質，A指鹼性物質。由該式也可看出，當加入的物質濃度不大時，該溶液的pH基本不變。

緩衝指數

緩衝指數是衡量緩衝物質調節溶液pH能力大小的參數，即在單位體積某濃度緩衝溶液中使pH值改變一個單位時，所需加一元強酸或一元強鹼的物質的量。計算式為：

$\ \beta ={\frac {dc}{dpH}}$

一定pH區間內的緩衝指數被稱為緩衝容量，計算式為：

$\ \alpha ={\frac {\Delta c}{\Delta pH}}$

應用

農業

緩衝物質在農業上有較多應用，常用於調節土壤pH值以防止土壤板結或保持肥力。如磷酸二氫鉀與磷酸氫二鉀組成的緩衝對。這一物質一般呈弱酸性，常與尿素或磷酸銨肥料一起，以最大限度地減少pH值的波動，防止氮的損失，同時提供鉀離子作為鉀肥。

人體

緩衝物質對人體內環境穩態的調節具有重要作用。人體血液中含有磷酸二氫根-磷酸氫根、碳酸-碳酸氫鈉等多對緩衝對，維持血液的pH在7.35至7.4之間。其中特別重要的是碳酸-碳酸氫鈉緩衝對。當人體內酸性物質增多時，如劇烈運動使機體無氧呼吸積累乳酸，此時碳酸氫鈉與酸性物質反應生成碳酸；當人體內鹼性物質增多時，如代謝產氨增加，此時碳酸與鹼性物質反應生成碳酸氫鈉。人體內碳酸過多時又會分解為水與二氧化碳，通過刺激腦幹呼吸中樞通過加快呼吸排出體外；人體內碳酸氫鈉過多時又會通過一系列代謝生成碳酸鈉經腎通過排尿排出體外。

參考資料

• Chemical Principles: The Quest for Insight, Third Edition. Peter Atkins and Loretta Jones
• Quantitative Chemical Analysis, Sixth Edition. Daniel C. Harris

參見

• 緩衝溶液
• 亨德森-哈塞爾巴爾赫方程
• 化學平衡