In der Säure-Base-Chemie ist ein Puffermittel eine Substanz, die verwendet werden kann, um eine Lösung auf einem konstanten pH-Wert oder Säure-Basen-Wert zu halten. Säuren in wässriger Lösung liefern Hydronium-(H3O+)-Ionen, während Alkalien Hydroxid-(OH-)-Ionen liefern. Der pH-Wert der Lösung ist ein Maß für die relativen Konzentrationen dieser Ionen. Eine Pufferlösung kann bis zu einem gewissen Grad die zusätzlichen Hydronium- oder Hydroxidionen, die bei Zugabe einer Säure oder Base eingebracht werden, ohne Veränderung des H3O+/OH–Verhältnisses und damit ohne Veränderung des pH-Wertes aufnehmen. Natürlich vorkommende Puffer werden in biologischen Systemen gefunden und Puffermittel haben viele Anwendungen in Chemie und Industrie.
Wenn eine Säure in Wasser gelöst wird, ionisiert sie – mehr oder weniger – in H+-Ionen und negativ geladene Anionen. Die H+-Ionen verbinden sich mit Wasser zu Hydronium-Ionen (H3O+) und das negative Anion wird als konjugierte Base bezeichnet. Wässrige Salzsäure zum Beispiel bildet Hydroniumionen und die konjugierte Base ist das Chloridion: HCl + H2O → H3O+ + Cl-. Die konjugierte Base kann mit Hydroniumionen reagieren, um die Säure neu zu bilden, aber in diesem Fall ist das Chloridion eine schwache Base, sodass Salzsäure in Wasser fast vollständig aus Hydroxoniumionen und Chloridionen besteht, was sie zu einer starken Säure macht. Bei einer schwachen Säure ist jedoch die Rückreaktion signifikant, da die konjugierte Base stärker ist und somit die Konzentration an Hydroniumionen geringer ist.
Eine Mischung, die ein Salz einer schwachen Säure zusammen mit der Säure, von der sie abgeleitet ist, enthält, kann oft als saures Puffermittel verwendet werden; das Salz sorgt für eine reichliche Versorgung mit der konjugierten Base der Säure. Starke Säuren und ihre Salze sind als Puffermittel nicht geeignet, da ein saures Puffermittel große Mengen der Säure in nicht ionisierter Form benötigt und weil der pH-Wert auf jeden Fall normalerweise bei einem nahezu neutralen oder gehalten werden muss nur mäßig saurer oder alkalischer Wert. In ähnlicher Weise beinhaltet ein alkalisches Puffermittel gewöhnlich ein Salz eines schwachen Alkalis zusammen mit dem Alkali selbst.
Ein einfaches Beispiel für eine saure Pufferlösung ist eine wässrige Lösung aus Essigsäure und Natriumacetat. Essigsäure ist eine schwache Säure, daher wird das meiste davon nicht ionisiert. Bei Zugabe einer Säure reagieren die zusätzlichen Hydroniumionen mit den Acetationen aus dem Natriumacetat und bilden mehr Essigsäure, die größtenteils nicht ionisiert bleibt und somit keinen großen Einfluss auf den pH-Wert hat. Wenn ein Alkali hinzugefügt wird, reagieren die zusätzlichen Hydroxid-(OH-)-Ionen mit der Essigsäure, um Acetationen und Wasser zu bilden, und mit der kleineren Menge an Hydronium-Ionen, um mehr Wasser zu bilden, wiederum mit geringer Auswirkung auf den pH-Wert.
Lebende Organismen verwenden Puffermittel in einer Reihe von Rollen. Zum Beispiel muss der pH-Wert des Blutes nahe 7.4 gehalten werden – leicht auf der alkalischen Seite des Neutralen. Da durch die aufgenommene Nahrung eine Vielzahl von Chemikalien unterschiedlicher Säure- und Alkalinität in den Blutkreislauf gelangen können, ist ein Puffer erforderlich, um sicherzustellen, dass dieser Wert gehalten wird. Dies wird durch eine Kombination von Kohlensäure (H2CO3) und Hydrogencarbonat (HCO3-) Ionen erreicht.
Puffermittel sind in der Industrie und in vielen gängigen Produkten weit verbreitet. Sie werden in Waschmitteln, in Lebensmitteln und beim Brauen verwendet, um sicherzustellen, dass der pH-Wert innerhalb des Bereichs bleibt, den die für die Gärung verantwortlichen Hefen benötigen. Shampoo funktioniert am besten, wenn es leicht sauer ist und enthält im Allgemeinen einen Puffer, um einen Säureverlust während der Anwendung zu verhindern. Puffer werden auch häufig in der Biologie und Biochemie verwendet. Die Puffer von Good, die in den 1960er Jahren von NE Good entwickelt wurden, sind eine Gruppe von Puffern, die sorgfältig entwickelt wurden, um biologische Reaktionen nicht zu stören.