1. 酢酸緩衝液の電離状態

酢酸緩衝液には、酢酸（CH₃COOH）と酢酸ナトリウム（CH₃COONa）が混在しています。
酢酸、酢酸ナトリウムはそれぞれ水溶液中で電離しますが、電離のしやすさは物質によって異なります。

酢酸ナトリウム電離の様子（電離しやすい）

酢酸ナトリウムは、酢酸（弱酸）とナトリウム（強塩基）からなる塩で、水溶液中では完全に電離しています。

CH₃COONa

酢酸ナトリウム

CH₃COO^-

酢酸イオン

+

Na⁺

ナトリウムイオン

酢酸電離の様子（電離しにくい）

酢酸は弱酸のため水溶液中でごく一部しか電離せず、平衡は左側（酢酸側）に偏っています。
酢酸ナトリウムが混在する場合には、酢酸ナトリウムの電離で発生した酢酸イオン（CH₃COO^- ）の影響で、酢酸の電離がさらに抑制されます。
このように、イオンを含む溶液に同じイオンを放出する物質を加えて平衡が移動することを共通イオン効果といいます。

CH₃COOH

酢酸

CH₃COO^-

酢酸イオン

+

H⁺

酸

酢酸緩衝液全体の様子

酢酸緩衝液では、酢酸ナトリウムの電離、酢酸の電離が１つの溶液中で起きています。

酢酸ナトリウムは完全に電離して酢酸イオンとナトリウムイオンになります。
一方、酢酸は電離しにくいため、ほぼ酢酸のまま（＝H⁺が発生しない）です。

そのため、水溶液中に主に存在する分子は酢酸イオン（CH₃COO^- ）、ナトリウムイオン（Na⁺）、酢酸（CH₃COOH）の３つとみなすことができます。
※酢酸ナトリウム（CH₃COONa）と酸（H⁺）はほぼ存在しないものとして考えられます。

ここに、pHの変動をもたらす酸（H⁺）や塩基（OH^- ）を加えると、緩衝液が効果を発揮します。

pHとpKa

緩衝液のpHとその中に含まれている緩衝作用を発揮する物質（酸や塩基）のpKaが、pH=pKa±1の範囲のときに緩衝作用をもち、pH=pKaのときに緩衝作用が最も大きくなります。
使用したい緩衝液のpHに近いpKaを持つ酸や塩基を緩衝物質として選ぶことで、緩衝作用を最大限に活かすことができます。

PointpKaについて

pKaとは、酸性の強さを表す指標です。物質とその物質の温度条件などで値が決まり、強酸であるほど値は小さくなります。
pKaがpHと等しいとき（pKa＝pH）、酸の50%が解離している状態です。

化学的性質

水素イオンなどの放出は、溶液の変性を招きます。
必要以上に高濃度の緩衝液を使用せず、錯体や沈殿を生成しにくい物質を選ぶ必要があります。
また、酵素反応などを妨害しないか、カビや細菌に対して栄養塩になるか、殺菌作用を示すかなども考慮する必要があります。

Point溶液の変性例

りん酸イオン：2価、3価の陽イオン（アルカリ金属イオンなど）により不溶性の塩が生成される
クエン酸：金属イオンと錯体を作り、フリーの金属イオンの濃度を低下させる