Eine [[Pufferlösung ]] kann trotz der Zugabe von [[Säuren]] oder [[Basen]] den [[pH-Wert]] weitgehend konstant halten. Sie besteht aus einer [[S%C3%A4urest%C3%A4rke|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 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.
===Phosphatpuffer===
Möchte man einen neutralen [[pH-Wert]] erhalten, so muss man den Phosphatpuffer benutzen. Dieser erhält eine gleiche Konzentration an [[Kaliumdihydrogenphosphat|Dihydrogenphosphat-Ionen ]] H<sub>2</sub>PO<sub>4</sub><sup>-</sup> und [[Dinatriumhydrogenphosphat|Hydrogenphosphat-Ionen]] HPO<sub>4</sub><sup>2-</sup>.
===Blutpuffer===
=== Essigsäure-Acetat-Puffer ===
'''[[Essigsäure]]/[[Acetat]]-Puffer'''. Enthält eine Lösung gleiche [[Stoffmenge]]n an [[Essigsäure]] und [[Natriumacetat]], so erhält man eine Pufferlösung mit dem [[pH-Wert]] 4,65:75. Dieser Wert entspricht der [[Säurestärke]] und kann rechnerisch über die [[Puffersysteme#Puffergleichung_nach_Henderson-Hasselbalch|Puffergleichung (s. u.)]] vorhergesagt werden.
''c''(H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>) '''·''' ''c''(Ac<sup>-</sup>) ''K''<sub>S</sub> = --------------------- = 10<sup>-4,65</sup> mol/L ''c''<sub>0</sub>(HAc) Mathematische Umformung ''c''(HAc) ''c''(H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>) = ''K''<sub>S</sub> ------------- ''c''(Ac<sup>-</sup>)Da der Pufferlösungen von pH-Wert der negative dekadische Logaritmus der H<sub>3</sub>O<sup>+></sup>-Ionenkonzentration ist, folgt:2 bis pH 13 herstellen == -lg ''c''(H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>) ''c''(Ac<sup>-</sup>) pH = pK<sub>S</sub> + lg ---------- (Puffergleichung) ''c''(HAc)=== * [[Pufferlösungen von pH 2 bis pH 13 ===herstellen|Beschreibung]]
* [[pH-Wert einer Salzlösung]]
Rezepte für Pufferlösungen (auf 1 L auffüllen):*pH 2: 6,43 g [[Citronensäure]]monohydrat + 3,58 g NaCl + 8,2 ml HCl (c = 1mol/L)*pH 3: 8,47 g Citronensäuremonohydrat + 3,49 g NaCl + 20,6 ml NaOH (c = 1 mol/L)*pH 4: 11,76 g Citronensäuremonohydrat + 2,57 g NaCl + 68 ml NaOH (c = 1 mol/L)*pH 5: 20,26 g Citronensäuremonohydrat + 196,4 ml NaOH (c Standardpuffer == 1 mol/L)*pH 6: 12,53 g Citronensäuremonohydrat + 159,6 ml NaOH (c = 1 mol/L)*pH 7: 3,52 g [[Kaliumdihydrogenphosphat|KH<sub>2</sub>PO<sub>4</sub>]] + 7,26 g Standardpuffer zur Eichung von [[Dinatriumhydrogenphosphat|Na<sub>2</sub>HPO<sub>4</sub>]]{{*}}2 H<sub>2</sub>O*pH 8: 4,77g [[Borax-Meter|Na<sub>2</sub>B<sub>4</sub>O<sub>7</sub>{{*}}10 H<sub>2</sub>O]] + 20,5 ml HCl (c = 1 mol/L)*pH 9: 4,77g [[Borax|Na<sub>2</sub>B<sub>4</sub>O<sub>7</sub>{{*}}10 H<sub>2</sub>O-Metern]] + 4,6 ml HCl (c = 1 mol/L)*pH 10in: 4,77g [[Borax|Na<sub>2</sub>B<sub>4</sub>O<sub>7</sub>{{*}}10 H<sub>2</sub>OChemie heute]] + 18,3 ml NaOH (c = 1 mol/L)* Pufferlösung pH 10 (Ammoniak-Ammoniumchloridlösung): 54 g Ammoniumchlorid in 200 ml destS. Wasser lösen, 350 mL 25%-ige Ammoniaklösung hinzufügen und mit dest. Wasser auf 1 L auffüllen.<br />Pufferlösung für Titrationen mit [[Eriochromschwarz T]] als Indikator.*pH 11: 3,84g Glycin + 2,99g NaCl + 48,9 ml NaOH (c = 1 mol/L)*pH 12: 3,42g Glycin + 2,67g NaCl + 54,5 ml NaOH (c = 1 mol/L)*pH 13: 0,375g Glycin + 0,222g NaCl + 95 ml NaOH (c = 1 mol/L)417
== Berechnungsbeispiele pH-Wert einer Pufferlösung ===== Puffergleichung nach Henderson-Hasselbalch ===Der [[pH-Wert]] einer Pufferlösung aus einer Säure und deren Salz hängt von der [[Säurestärke]] p''K''<sub>S</sub>(Säure) und dem Verhältnis der [[Stoffmengenkonzentration]]en von Säure und deren Salz ab und kann mit der Puffergleichung nach Henderson-Hasselbalch errechnet werden:{||-|{{Bruch|ist==|Rand=0|ZL=|BL=pH|NL=|ZR= ''[[Stoffmengenkonzentration|c]]''(Salz)|BR=p''K''<sub>S</sub>(Säure) + [[Logarithmus|log<sub>10</sub>]] <b>──────</b>|NR= ''[[Stoffmengenkonzentration|c]]''(Säure)}}| || (Henderson-Hasselbalch-Gleichung)|}
=== Acetatpuffer bei Säurezugabe ==='''Beispiel [[Puffersysteme#Essigs.C3.A4ure-Acetat-Puffer|Essigsäure-Acetat-Puffer]]'''
Zu 990 ml PufferlösungGegeben: p''K''<sub>S</sub>(Essigsäure) = 4, die je 0,1 mol 75; ''[[EssigsäureStoffmengenkonzentration|c]] und ''([[Natriumacetat]] enthält) = 0, wird 10 mL Salzsäure mit der Konzentration 1 mol/L; ; ''[[Stoffmengenkonzentration|c]]''([[HClEssigsäure]]) = 0,1 mol/L hinzugegeben. Die zugefügte Stoffmenge an [[Oxonium]]-Ionen beträgt:
''[[Stoffmenge|n]]''([[HCl]]) = ''[[Stoffmengenkonzentration|c]]''([[HCl]]) '''·''' V([[Salzsäure]])Gesucht: pH-Wert der Pufferlösung
''Durch Einsetzen in die Puffergleichung ergibt sich: pH = 4,75 + [[StoffmengeLogarithmus|nlog<sub>10</sub>]]''([[HCl]]1) = 1 mol/L{{*}}04,01 L75
''[[Stoffmenge|n]]''([[HCl]]) = 0,01 mol== Acetatpuffer bei Säurezugabe ===
Zu 990 mL Pufferlösung, die je 0,1 mol [[Essigsäure]] und [[Natriumacetat]] enthält, wird 10 mL Salzsäure mit der Konzentration ''c''([[HCl]]) = 1 mol/L hinzugegeben. Wie ändert sich der pH-Wert?
Es gilt die Regel: Die starke Säure (hier: Salzsäure) verdrängt die schwächere (hier: Essigsäure) aus ihrem Salz. Folge: Die Essigsäurekonzentration steigt, die Acetatkonzentration sinkt. Um die neuen Konzentrationen und damit den neuen pH-Wert der Lösung zu berechnen, müssen die neuen Stoffmengen zum neuen Volumen (1.000 mL, also 1 L) ins Verhältnis gesetzt werden:* zunächst die zugefügte Stoffmenge der Säureteilchen berechnen, sie beträgt:<br />''[[Stoffmenge|n]]''(HAc[[HCl]])= ''[[EssigsäureStoffmengenkonzentration|c]]''([[HCl]] ) '''·''' ''nV''(Ac[[Salzsäure]])<supbr />-''[[Stoffmenge|n]]''([[HCl]]) = 1 mol/L{{*}}0,01 L<br /sup>)= Acetat''[[Stoffmenge|n]]''([[EssigsäureHCl]] Acetat) = 0,01 mol* ''n''(Essigsäure) = Base0,1mol + 0, der Akzeptor 01 mol = Säure0, der Donator11 mol * ''n''(Acetat) = 0,1 1mol - 0,01 mol = 0,1 09 mol = reagiert mit Mit ''[[SalzsäureVolumen|V]]'' = 1 L ergeben sich damit als neue Stoffmengenkonzentrationen:* ''c''(Essigsäure)= (0,1 + 0,01)mol/L = 0,11 mol/L* ''c''(Acetat)= (0,1-Ionen verringern <-------- 0,01) mol/L = es entsteht mehr [[Essigsäure]] sich 0,09 mol/L
Ergebnisse in die Puffergleichung einsetzen und neuen pH-Wert berechen:
0,09 mol{{*}}L
pH = 4,75 + log<sub>10</sub> ------------- = 4,66
0,11 mol{{*}}L
=== Acetatpuffer bei Zugabe einer Base ===Fügt man der ursprünglichen Pufferlösung [[Natronlauge]] hinzu, reagiert diese mit der [[Essigsäure]]. Die Konzentration der Essigsäuremoleküle sinkt und die Konzentration der Acetat-Ionen nimmt zu. Gibt man 10 mL [[Natronlauge]] der Konzentration ''nc''(HAc[[NaOH]])= Essigsäure 1 mol '''·'n''(AcL<sup>-1</sup>)= Acetat Essigsäure Acetat 0hinzu, steigt der [[pH-Wert]] entsprechend an,1mol 0also auf pH 4,1mol84.
+ ''=== pH-Wert-Sprung ohne Puffer ===Zum Vergleich: In einem Liter ungepufferter Lösung, also nur Essigsäure ohne das Salz, ergäbe die gleiche Menge [[Stoffmenge|n]Salzsäure]''([[HCl]]) = 0,01 molden Abfall auf pH 2 und der Laugenzusatz den Sprung auf pH 12.
===Allgemeine Formel===Acetat + H<sup>+</sup> {{cb|---------> '''[[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|125,09''' Das Acetat nimmt ein H<sup>+</sup>-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- 0-417|212}}
Daraus ging folgendes hervor: ''c''(HAc)= (0,1 + 0,01)mol/L = 0,11 mol/L ''c''(Ac<sup>-</sup>)= (0,1-0,01) mol/L = 0,09 mol/L Ergebnisse in die vorgegebene pH-Formel eingeben, d. h. '''0,09 mol '''·''' L''' pH= 4,65 + lg------------------ = 4,56 ''Beachtet die Umkehrung'' '''0,11 mol '''·''' L'''===Acetatpuffer bei Zugabe einer Base =Experimente ==Fügt man der o. a. Pufferlösung 10 mL [[Natronlauge]] der Konzentration ''c''([[NaOH]]) = 1 mol '''·''' L<sup>-1</sup> hinzu, steigt der [[pH-Wert]] entsprechend auf 4,74. In einem Liter ungepufferter Lösung ergibt die gleiche Menge [[Salzsäure]] den * [[Pufferlösungen von pH-Wert]] 2 und der Laugenzusatz den [[bis pH-Wert13 herstellen]] 12.Das bedeutet, dass wenn man der Pufferlösung [[Natronlauge]] hinzufügt, diese mit der [[Essigsäure]] reagiert und somit die Essigsäuremoleküle weniger werden und die Konzentration der Acetat{{Ex-Ionen zunimmt.''c''(HAc) + [[NaOH]] ----------> ''c''(Ac<sup>-</sup>) + H<sub>2</sub>O'''Beispiel''' 0- Ö- <-----NaOH Ö 0- <----[[ec|213|1|Puffersysteme: Essigsäure]] Ö <-----Acetat 0- ÖPuffer}}'''Es entsteht:''' 0{{Ex- -Ö- Ö Öch09|{{fb|162}}|1|Puffersysteme|Herstellung und Prüfung einer Pufferlösung}} 0{{Ex- Ö Öch09|{{fb|162}}|2|Puffersysteme|Pufferwirkung von Wasser}}{{cb|Ex-ch|125, 417|212*|Standardpuffer zur Eichung von [[pH-Meter|pH-Metern]]: Herstellen der Lösung gemäß Tabelle}}
{{www}}
* Alwin Kratochwill: [http://kratochwill.lima-city.de/Uepc/UebPC5.pdf Übungsaufgaben mit Lösungen] sowie ein [http://kratochwill.lima-city.de/pufferScr.htm pH-Rechner für Pufferlösungen]