緩衝作用【ｐHとアルカリ度の関係】

緩衝とは一般的には”対立する物の間にあって、それらの衝突をやわらげること”のように定義されていますが、化学的には　「酸や塩基を加えても水素イオン濃度をほぼ一定に保つこと」　となります。つまり、ｐHをほぼ一定に保つ作用が緩衝作用ということになります。

アルカリ度とはアクアリウムでいうところの炭酸塩硬度の事で、化学的にはアルカリ性物質が酸によって中和されるまでの量の事を表します。（詳しくは炭酸塩硬度とアルカリ度を見てください）　水中に含まれる主なアルカリ成分は炭酸（H₂CO₃）、炭酸イオン（CO₃^2-）、炭酸水素イオン（HCO₃^-）や水酸化物イオン（OH^-）等で、魚などの呼吸や二酸化炭素の供給により生成されます。
また、サンゴ砂を引いているのであれば、主成分である炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）も含まれることになります。

CaCO₃ ⇔ Ca²⁺+ CO₃^2-

これらの炭酸塩が緩衝材として作用するのが、炭酸塩緩衝で、水槽内で代表的な緩衝作用となります。今、緩衝力が十分ある水溶液でｐHが下降したとします。ｐHが下降するということは、水素イオン（H⁺）が増加したことになります。増加した（H⁺）は炭酸イオン（CO₃^2-）や炭酸水素イオン（HCO₃^-）と結合し水素イオンが減少します。

CO₃^2- + H⁺	→	HCO₃^-
HCO₃^- + H⁺	→	H₂CO₃

この反応で炭酸イオン（CO₃^2-）濃度も減少するため、また炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）が解離して炭酸イオン（CO₃^2-）が供給され、全体の濃度が平衡するまで繰り返されます。平衡しても反応が終わってしまうわけではなく、右から左への反応と左から右への反応が同じスピードで行われるようになるということです。つまり、水素イオンが少なくなれば、水素イオン供給する逆の反応がおき全体的な濃度が平衡します。

HCO₃^-	→	CO₃^2- + H⁺
H₂CO₃	→	HCO₃^- + H⁺

余談ですが反応の結果、炭酸（H₂CO₃）の濃度が高くなりすぎると、炭酸ガス（二酸化炭素）として炭酸は大気に放出されます。（水溶液中の炭酸が低ければ逆の反応がおこります）

H₂CO₃ → CO₂↑ + H₂O

さて、話を元に戻すとアルカリ度が高ければ、水素イオンの増加によって低ｐHになった場合でも、緩衝作用によって水素イオンが消費されるためｐHが上昇し、結果として見かけ上のｐH値は大きく変動しないでいることができるということです。

緩衝作用は上記の炭酸塩緩衝作用だけでなく、他の緩衝作用（リン酸塩緩衝等）もおこります。