首先，在我們開始討論緩沖劑及其如何控制氫離子濃度之前，有必要簡要解釋一下水的作用以及弱酸和弱堿的平衡常數。
一、水的電離
水占大多數生物質量的70%左右。所有的生物反應都發生在水介質中。細胞結構和功能的各個方面都與水的物理和化學性質相適應。因此，我們有必要了解水及其電離產物的一些基本性質，即H+和OH-。可以說，H+和OH-會影響細胞內所有生物大分子的結構、組裝和性質。
水是極性溶劑，能溶解大多數帶電分子。水通過削弱陽離子和陰離子的靜電相互作用來水合和穩定它們，從而溶解大多數鹽(如下圖)。
容易溶于水的化合物被稱為親水化合物。
非極性化合物，如氯仿和醚，不與水以任何有利的方式相互作用，被稱為疏水化合物。
一些生物大分子，如蛋白質、某些維生素、類固醇和磷脂，都包含極性區和非極性區。它們被稱為兩親分子。兩親分子的親水區域以能夠與水分子很大程度相互作用的方式排列，其疏水區域則聚集在一起，以盡可能小的程度暴露在水環境中。
水分子經過可逆電離生成H+和OH-，如下式所示。
水在平衡狀態下的離子化程度是相當小的，由下面的方程給出，其中Keq是平衡常數。
25℃時，純水的濃度為55.6 M (1000÷18；水分子量18.0)。因此，我們可以將上式改寫為:
對于純水，通過電導率實驗測得在25℃下Keq值為1.8×10^-16 M。
因此，
水的離子積[H+][OH -]在25℃時始終等于1.0×10^-14 M2。當[H+]和[OH -]等量存在時，溶液的pH值為中性。
因為H+和OH -的總濃度是恒定的，一個離子的增加被另一個離子濃度的減少所補償。這就形成了pH值的基礎。
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