background image

Buffer in solutions

Dr.Alaa J.Mahrath

Medical Chemistry 

College of Medicine Babylon 

University 


background image

Objective 

LEARNING GOAL: Describe the role
of buffers in maintaining the pH of a
solution in body fluids.

AJM BioChem 

2


background image

The pH of water and most solutions
changes drastically when a small amount
of acid or base is added.

However, when an acid or base is added
to a

buffer solution

there is little change in

pH.

buffer solution

maintains pH by

neutralizing small amounts of added acid
or base.

AJM BioChem 

3


background image

For example, blood contains buffers that

maintain a consistent pH of

about 7.4 .

If the pH of the blood goes slightly above or

below

7.4,

changes in oxygen levels and

metabolic processes can be drastic enough

to cause death.

Even though we obtain

acids

and

bases

from

foods and cellular reactions

, the buffers in

the body absorb those compounds so

effectively that the pH of the blood remains

essentially unchanged (see Figure 1)

AJM BioChem 

4


background image

FIGURE 1

Adding

an acid or a base to
water

changes

the

pH drastically, but a
buffer

resists

pH

change when small
amounts of acid or
base

are

added.

AJM BioChem 

5


background image

In a buffer, an

acid

must be present to react

with any

OH

-

that is added, and a base must

be available to react with any added

H

3

O

+

.

However, that acid and base must not

neutralize each other,

Therefore, a combination of an acid-base

conjugate pair is used to prepare a buffer.

Most buffer solutions consist of nearly equal

concentrations of a

weak acid and a salt

containing its conjugate base.

AJM BioChem 

6


background image

Buffers may also contain 

a weak base and a 

salt containing its conjugate acid.

FIGURE :2 

► 

The buffer described here consists of about equal concentrations of ace tic acid 

(

HC

2

H

3

O

2

and  its  conjugate  base,  acetate  ion 

(

C

2

H

3

O

2

)

.  Adding  H

3

O

+

  to  the buffer  reacts  with  C

2

H

3

O

2

, whereas  adding 

OH

neutralizes HC

2

H

3

O

2

. The pH of the solution is maintained as long as the added amounts of acid or base 

are small compared to the concentrations of the buffer components 

AJM BioChem 

7


background image

Question ?

How does this (acetic acid-acetate ion) buffer

maintain pH ?

For example

, a typical buffer can be made from

the weak acid, acetic acid

(HC

2

H

3

O

2

),

and its

salt, sodium acetate

(NaC

2

H

3

O

2

).

As a weak acid, acetic acid ionizes slightly in

water to form

H

3

O

+

and a small amount of

C

2

H

3

O

2

-

.

The addition of its salt provides a much larger

concentration of the acetate ion

(C

2

H

3

O

2

-

),

which is necessary for its buffering capability.

AJM BioChem 

8


background image

We can now describe how this buffer solution maintains the
[H

3

O

+

]. ?

When a small amount of acid is added, it combines with the
acetate ion, C

2

H

3

O

2

-, causing the equilibrium to shift in the

direction of HC

2

H

3

O

2

. There will be a slight decrease in

[C

2

H

3

O

2

-] and a slight increase in [HC

2

H

3

O

2

]; thus both

[H

3

O

+

] and pH are maintained.

AJM BioChem 

9

CH

3

COOH                                                         CH

3

COO

-


background image

If a small amount of

base

is added to this buffer

solution, it is neutralized by the acetic acid,

HC

2

H

3

O

2

.

The equilibrium shifts in the direction of the
products, water

and [C

2

H

3

O

2

-

]

.

The

[HC

2

H

3

O

2

] decreases

slightly and the

[C

2

H

3

O

2

-

] increases

slightly, but again the

[H

3

O

+

]

and the pH of the solution are maintained (see
Figure 2).

AJM BioChem 

10


background image

Sample problem 1 

indicate whether each of the 

following would make a buffer solution:

a. HCl, a strong acid, and NaCl

b. H3PO

4

, a weak acid

c. HF ,a weak acid ,and NaF

SOLUTION

a. No. A buffer requires a weak acid and a salt

containing its conjugate base.

b. No. A weak acid is part of a buffer, but the salt

containing the conjugate base of the weak acid is

also needed.

c. Yes. This mixture would be a buffer since it

contains a weak acid and a salt containing its

conjugate base.

AJM BioChem 

11


background image

STUDY  CHECK 2

In a buffer made from the weak acid
HCHO

2

and its salt, KCHO

2

, when H

3

O

+

is added, is neutralized by :

(1the salt,

(2) H

2

O,

(3OH-, or

(4the acid?

AJM BioChem 

12


background image

Buffers in the Body :

The arterial blood has a normal

pH of 7.35 to 7.45.

If changes in

H

3

O

+

lower the pH

below 6.8

or raise it

above 8.0

,

cells cannot function properly and death may result.

In our cells,

CO

2

is continually produced as an end product of

cellular metabolism.

Some

CO

2

is carried to the lungs for elimination, and the rest

dissolves in body fluids such as plasma and saliva, forming

carbonic

acid (H

2

CO

3

)

As a

weak acid, carbonic acid

ionizes to give bicarbonate,

HCO

3

-

and

H

3

O

+

.

More of the anion

HCO

3

-

is supplied by the kidneys to give an

important buffer system in the body fluid:

the

H

2

CO

3

/

HCO

3

-

buffer.

AJM BioChem 

13


background image

Excess 

H

3

O

+

entering the body fluids reacts 

with the 

HCO

3

-

and excess 

OH

-

reacts with 

the 

carbonic acid.

AJM BioChem 

14


background image

In the body,

the concentration of carbonic acid

is

closely associated with the partial pressure of

CO

2.

Table 1 : lists the normal values for arterial

blood.

If the

CO

2

level increases,

it produces more

H

2

CO

3

and more

H

3

O

+

, lowering the pH.

This condition is called

acidosis

. (Difficulty with

ventilation or gas diffusion can lead to respiratory

acidosis, which can happen in emphysema or

when the medulla of the brain is affected by an

accident or depressive drugs).You can see short

video about buffer in body by this link :

https://www.youtube.com/watch?v=lDmn8zeJbQs

AJM BioChem 

15


background image

TABLE 1: Normal Values for Blood Buffer in Arterial Blood

A decrease in the

CO

2

level leads to a

high blood pH,

a

condition called

alkalosis.

Excitement, trauma, or a high

temperature may cause a person to hyperventilate, which
expels large amounts of

CO

2

. As the partial pressure of

CO

2

in the blood falls below normal

, H

2

CO

3

forms CO

2

and H

2

O,

decreasing the [H

3

O

+

] and raising the pH.

The

kidneys also regulate H

3

O

+

and HCO

3

- components

,

but more slowly than the adjustment made by the lungs
through ventilation.

AJM BioChem 

16


background image

TABLE 2:  Acidosis and Alkalosis: Symptoms, 

Causes, and Treatments

AJM BioChem 

17


background image

Questions H.W :

1. Which of the following represents a buffer system? 
Explain.

a. NaOH and NaCl

b. H

2

CO

3

and NaHCO

3                    

c.  HF and KF

d. KC1 and NaCl

2. Which of the following represents a buffer system? 
Explain. 

a. H

3

PO

3

b. NaNO

3

c.  HC

2

H

3

O

2

and NaC

2

H

3

O

2

d. HC1 and NaOH.

AJM BioChem 

18


background image

3. Consider the buffer system of 
hydrofluoric acid, HF, and its salt, NaF. 

a. The purpose of this buffer system is to:

1.  maintain [HF]                  2. maintain [F

-

]                                    

3.  maintain pH

AJM BioChem 

19


background image

b. The salt of the weak acid is needed to:

1.

provide the conjugate base

2.

neutralize added H

3

O

+

3.

provide the conjugate acid

c. If OH" is added, it is neutralized by:

1.   the salt      2. H

2

O        3.   H

3

O

+

d. When H

3

O

+

is added, the equilibrium 

shifts in the direction of the:

1.  Reactants 2. Products    3.   does not 

change

AJM BioChem 

20


background image

4.Consider the buffer system of nitrous 
acid, HNO

2

, and its salt, NaNO

2

-

a

.The purpose of this buffer system is to:

1.  maintain [HNO

2

2. maintain [NO

2

-

]       3.  maintain pH

b

.The weak acid is needed to:

1. provide the conjugate base
2. neutralize added OH"
3. provide the conjugate acid
c.

If H

3

O

+

is added, it is neutralized by:

1.   the salt

2. H

2

O                3.   OH

-

d.When OH" is added, the equilibrium shifts in the direction 
of the:
1.  reactants

2. Products        3.   does not change

AJM BioChem 

21


background image

THANK  YOU 

AJM BioChem 

22




رفعت المحاضرة من قبل: علي الشبري
المشاهدات: لقد قام 4 أعضاء و 111 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل