Puffersysteme: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 27. November 2006, 21:55 Uhr

Eine Pufferlösung kann trotz der Zugabe von Säuren oder Basen den pH-Wert weitgehend konstant halten. Sie bestehen aus einer schwachen Säure und dem dazugehörigen Salz. Die Pufferlösungen können bei einem Säurezusatz und bei einem Basezusatz wirken.

Gibt man einer solchen Pufferlösung eine starke Säure hinzu, so reagiert diese mit den hauptsächlich aus dem Salz vorhandenen CH₃COO^--Ionen zu CH₃-COOH. Der pH-Wert bleibt nahezu gleich und verschiebt sich erst, wenn das Salz komplett verbraucht ist. Gibt man eine starke Base hinzu, dann ziehen die OH-Ionen aus CH₃-COOH ein Proton heraus oder finden es schon in der Lösung vor und reagieren mit diesem zu Wasser. Der pH-Wert bleibt nahezu gleich, bis alle CH₃-COOH-Moleküle verbraucht sind.

Wie viel Säure oder Base ohne Änderung des pH-Werts aufgenommen werden kann, hängt von der Menge der gelösten Puffersubstanzen ab. Dieses Verhalten nennt man die Pufferkapazität der gelösten Pufferlösung. Je nach Konzentration der Pufferlösung steigt die Pufferkapazität.

Phosphatpuffer

Möchte man einen neutralen pH-Wert erhalten, so muss man den Phosphatpuffer benutzen. Dieser erhält eine gleiche Konzentration an Dihydrogenphosphat-Ionen und Hydrogenphosphat-Ionen.

Blutpuffer

Unsere Körperflüssigkeiten, wie unser Blut ist gepuffert. Der pH-Wert in unserem Blut muss bei 7,4 ± 0,5 liegen, damit unsere Gesundheit gewährleistet ist. Denn ohne die Pufferung könnte der Verzehr einer Essiggurke zu schweren gesundheitlichen Problemen führen. Das Kohlensäure/Hydrogencarbonat-Gleichgewicht ist am Blutpuffer beteiligt.

Essigsäure/Acetat-Puffer. Enthält eine Lösung gleiche Stoffmengen an Essigsäure und Natriumacetat, so erhält man eine Pufferlösung mit dem pH-Wert 4,65:

K_s=c(H₃O⁺) · c(Ac^-)

        c(H3O+>) · c(Ac-) 
Ks   =   --------------------- = 10-4,65 mol · l-1
        cO(HAc

Mathematische Umformung
         c(H3O+>) · c(Ac-)
Ks   =   ---------------------    .   c(HAc)  :   c(Ac-)
         cO(HAc            

Mathematische Umformung
                 c(HAc)
c(H3O+>) = Ks   -------------     |- lg
                 c(Ac-)

                                                  pH = -lg c(H3O+>)
                                                               c(Ac-)
                                                  pH = pKs + lg  ----------
                                                               c(HAc)

pH = negativer dekadischer Logarithmus der Konzentration von H₃O^+>- Ionen

Aufgabe 1

Zu 990 ml Pufferlösung, die je 0,1 mol Essigsäure und Natriumacetat enthalten, werden 10 mL Salzlösung mit der Konzentration c(HCl) = 1 mol · L^-1) gegeben. Die zugefügte Stoffmenge an Hydronium-Ionen beträgt:

n(HCl) = c(HCl) · V(Salzsäure) = 0,01 mol

c(HAc)= Essigsäure c(Ac^-)= Acetat

       Essigsäure                                             Acetat
     = Base, der Akzeptor                                   = Säure, der Donator
     = 0,1 mol                                              = 0,1 mol
                                                            = reagiert mit Salzsäure
     = Acetat- Ionen verringern       <--------             = es entsteht Essigsäure mit 
       sich                                                   mehr Molekülen 

c(HAc)= Essigsäure c(Ac^-)= Acetat

 Essigsäure                                  Acetat
 0,1mol                                      0,1mol

+ c(HCl) = 1 mol/l(Stoffmenge)

Allgemeine Formel:

c = u/v ----> 1 mol/L · 0,01 L = 0,01 mol

Acetat + H⁺ ---------> Essigsäure

Beispiel: Zum besseren Verständnis

 0-                     0                                        Ö
 0-                     0 <-----Salzsäure                        Ö 
 0-  <----Essigsäure                                             Ö <------Acetat
 0-       Moleküle                                               Ö
 0-                                                              Ö
 =                      =                                        =
 0,1 mol                0,01 mol                                 0,1 mol

0,1 + 0,01= 0,11                                           0,1-0,01= 0,09
                        Das Acetat nimmt ein H+ Ion 
                        von der Salzsäure auf und reagiert
                        wieder zu Essigsäure.
0-                      -dadurch werden die Essigsäure          Ö
0-             <------   Moleküle mehr                          Ö
0-                      -und Acetat-Ionen    ------>            Ö
0-                       weniger
0-
0-
0-

Daraus ging folgendes hervor:
c(HAc)= (0,1 + 0,01)mol · l-1= 0,11 mol · l-1
c(Ac-)= (0,1-0,01) mol · L-1= 0,09 mol · L-1

Ergebnisse in die vorgegebene pH-Formel eingeben, d. h.
              0,09 mol · L-1         
pH= 4,65 + lg------------------  = 4,56           Beachtet die Umkehrung
              0,11 mol · L-1

Aufgabe 2

Fügt man 10 mL Natronlauge der Konzentration c(NaOH) = 1 mol · L^-1 hinzu, steigt der pH-Wert entsprechend auf 4,74. In einem Liter ungepufferter Lösung ergibt die gleiche Menge Salzsäure den pH-Wert 2 und der Laugenzusatz den pH-Wert 12.

Das bedeutet, dass man der Konzentration Natronlauge hinzufügt und diese mit der Essigsäure reagiert. Somit werden die Essigsäuremoleküle weniger und die Acetat-Ionen mehr.

c(HAc) + NaOH ----------> c(Ac^-) + H₂O

Beispiel

0-                           Ö- <-----NaOH           Ö 
0-  <----Essigsäure                                  Ö <-----Acetat
0-                                                   Ö

Es entsteht:

0-                          -Ö-                      Ö Ö
0-                                                   Ö Ö

Quellen

• Chemie heute - Sekundarbereich II, Schroedel Verlag, ISBN 3-507-10630-2, Seite 125.
• Puffersysteme
• weiteres zu Puffersysteme
• Essigsäure
• Acetate