Puffersysteme: Unterschied zwischen den Versionen
Dg (Diskussion | Beiträge) (→Quellen) |
Dg (Diskussion | Beiträge) |
||
| Zeile 1: | Zeile 1: | ||
{{navi|Säure-Base-Reaktionen|pH-Skala}} | {{navi|Säure-Base-Reaktionen|pH-Skala}} | ||
== Allgemeines == | == Allgemeines == | ||
| − | Eine Pufferlösung kann trotz der Zugabe von [[Säuren]] oder [[Basen]] den [[pH-Wert]] weitgehend konstant halten. Sie | + | Eine Pufferlösung kann trotz der Zugabe von [[Säuren]] oder [[Basen]] den [[pH-Wert]] weitgehend konstant halten. Sie besteht aus einer schwachen Säure und dem dazugehörigen [[Salz]]. Beispiel: Der '''Essigsäure-Acetat-Puffer''' ist ein Puffersystem bestehend aus [[Essigsäure]] und [[Natriumacetat]]. |
| − | Gibt man einer solchen Pufferlösung | + | Gibt man einer solchen Pufferlösung Säure, also H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>-Ionen hinzu, so reagieren diese zunächst mit den im Salz vorhandenen [[Acetat|H<sub>3</sub>C-COO<sup>-</sup>]]-Ionen zur [[Essigsäure|H<sub>3</sub>C-COOH]]. Der [[pH-Wert]] bleibt nahezu gleich und verschiebt sich erst, wenn das Salz komplett umgesetzt wurde. |
| − | Gibt man eine starke Base hinzu, dann ziehen die OH<sup>-</sup>-Ionen aus | + | Gibt man eine starke Base hinzu, dann ziehen die OH<sup>-</sup>-Ionen aus H<sub>3</sub>C[[Carboxylgruppe|-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 CH<sub>3</sub>[[Carboxylgruppe|-COOH]]-Moleküle verbraucht sind. |
| − | Wie viel Säure oder Base ohne Änderung des [[pH-Wert]]s aufgenommen werden kann, hängt von der Menge der gelösten Puffersubstanzen ab. Dieses Verhalten nennt man die Pufferkapazität der gelösten Pufferlösung. | + | Wie viel Säure oder Base ohne Änderung des [[pH-Wert]]s aufgenommen werden kann, hängt von der Menge der gelösten Puffersubstanzen ab. Dieses Verhalten nennt man die Pufferkapazität der gelösten Pufferlösung. Mit zunehmender [[Konzentration]] der Pufferlösung steigt also die Pufferkapazität. |
==Phosphatpuffer== | ==Phosphatpuffer== | ||
| Zeile 15: | Zeile 15: | ||
==Blutpuffer== | ==Blutpuffer== | ||
| − | + | Auch unser Blut ist pH-gepuffert, d. h. der Blut-[[pH-Wert]] muss bei 7,4 ± 0,05 liegen, damit unsere Gesundheit gewährleistet ist. Denn ohne die Pufferung könnte schon 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: | '''[[Essigsäure]]/[[Acetat]]-Puffer'''. Enthält eine Lösung gleiche Stoffmengen an [[Essigsäure]] und [[Natriumacetat]], so erhält man eine Pufferlösung mit dem [[pH-Wert]] 4,65: | ||
| Zeile 38: | Zeile 38: | ||
pH = pK<sub>s</sub> + lg ---------- | pH = pK<sub>s</sub> + lg ---------- | ||
c(HAc) | c(HAc) | ||
| − | |||
| − | |||
==Aufgabe 1== | ==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<sup>-1</sup>) gegeben. Die zugefügte Stoffmenge an Hydronium-Ionen beträgt: | + | 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<sup>-1</sup>) gegeben. Die zugefügte Stoffmenge an Hydronium-Ionen beträgt: |
| − | n([[HCl]]) = c([[HCl]]) '''·''' V([[Salzsäure]]) = 0,01 mol | + | ''[[Stoffmenge|n]]''([[HCl]]) = ''[[Stoffmengenkonzentration|c]]''([[HCl]]) '''·''' V([[Salzsäure]]) = 0,01 mol |
| Zeile 61: | Zeile 59: | ||
0,1mol 0,1mol | 0,1mol 0,1mol | ||
| − | + c([[HCl]]) = 1 mol/ | + | + c([[HCl]]) = 1 mol/L (Stoffmenge) |
==Allgemeine Formel:== | ==Allgemeine Formel:== | ||
| Zeile 81: | Zeile 79: | ||
0,1 + 0,01= '''0,11''' 0,1-0,01= '''0,09''' | 0,1 + 0,01= '''0,11''' 0,1-0,01= '''0,09''' | ||
| − | Das Acetat nimmt ein H+ Ion | + | Das Acetat nimmt ein H<sup>+</sup>-Ion |
von der [[Salzsäure]] auf und reagiert | von der [[Salzsäure]] auf und reagiert | ||
wieder zu [[Essigsäure]]. | wieder zu [[Essigsäure]]. | ||
Version vom 24. Februar 2012, 00:58 Uhr
| Puffersysteme | ||
|---|---|---|
| vernetzte Artikel | ||
| Säure-Base-Reaktionen | pH-Skala | |
Inhaltsverzeichnis
Allgemeines
Eine Pufferlösung kann trotz der Zugabe von Säuren oder Basen den pH-Wert weitgehend konstant halten. Sie besteht aus einer schwachen Säure und dem dazugehörigen Salz. Beispiel: Der Essigsäure-Acetat-Puffer ist ein Puffersystem bestehend aus Essigsäure und Natriumacetat.
Gibt man einer solchen Pufferlösung Säure, also H3O+-Ionen hinzu, so reagieren diese zunächst mit den im Salz vorhandenen H3C-COO--Ionen zur H3C-COOH. Der pH-Wert bleibt nahezu gleich und verschiebt sich erst, wenn das Salz komplett umgesetzt wurde.
Gibt man eine starke Base hinzu, dann ziehen die OH--Ionen aus H3C-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. Mit zunehmender Konzentration der Pufferlösung steigt also 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
Auch unser Blut ist pH-gepuffert, d. h. der Blut-pH-Wert muss bei 7,4 ± 0,05 liegen, damit unsere Gesundheit gewährleistet ist. Denn ohne die Pufferung könnte schon 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:
Ks=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)
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
| Im Chemiebuch ... | ||
|---|---|---|
| findest Du weitere Informationen zum Thema Puffersysteme: | ||
Chemie FOS-T
auf Seite |
Chemie heute
auf Seite |
Elemente Chemie
auf Seite |
