'''Puffersysteme'''{{navi|Säure-Base-Reaktionen|pH-Skala}}== Allgemeines ==Eine [[Pufferlösung ]] kann trotz der Zugabe von [[Säuren ]] oder [[Basen ]] den [[pH-Wert ]] weitgehend konstant halten.Sie bestehen besteht aus einer [[S%C3%A4urest%C3%A4rke|schwachen Säure ]] und dem dazugehörigen [[Salz wie zum ]]. Beispiel CH<sub>3</sub>COOH und CH<sub>3</sub>COOHDie 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 CH<sub>3</sub>COOH: Der '''Essigsäure- Ionen zu CH<sub>3</sub>COOH. Der pHAcetat-Wert bleibt gleich und verschiebt sich erst, wenn das Salz komplett verbraucht Puffer''' ist.Gibt man eine starke Base hinzu, dann ziehen die OH- Ionen ein Puffersystem bestehend aus CH<sub>3</sub>COOH ein Proton heraus oder finden es schon in der Lösung vor [[Essigsäure]] und reagieren mit diesem zu Wasser. Der pH-Wert bleibt gleich, bis alle CH<sub>3</sub>COOH Moleküle verbraucht sind.Wie viel Menge an 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[[Natriumacetat]].
'''Phosphatpuffer'''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.
Möchte Gibt man einen neutralen 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 erhalten]] bleibt nahezu gleich, so muss man den Phosphatpuffer benutzen. Dieser erhält eine gleiche Konzentration an Dihydrogenphosphatbis alle CH<sub>3</sub>[[Carboxylgruppe|-Ionen und HydrogenphosphatCOOH]]-IonenMoleküle verbraucht sind.
'''Blutpuffer'''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.
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== Die wichtigsten Puffersysteme bzw.Pufferlösungen ==
'''Essigsäure/Acetat===Phosphatpuffer===Möchte man einen neutralen [[pH- Puffer'''Wert]] erhalten, so muss man den Phosphatpuffer benutzen. Enthält Dieser erhält eine Lösung gleiche Stoffmengen Konzentration an Essigsäure und Natriumacetat, so erhält man eine Pufferlösung mit dem pH[[Kaliumdihydrogenphosphat|Dihydrogenphosphat- Wert 4,65:KIonen]] H<sub>s2</sub>=c(HPO<sub>34</sub>O<sup>+</sup>). c(Ac<sup>-</sup>) c(H<sub>3</sub>O<sup>+></sup>).c(Ac<sup>und [[Dinatriumhydrogenphosphat|Hydrogenphosphat-</sup>) KIonen]] HPO<sub>s4</sub> = --------------------- = 10<sup>2-4,65</sup> mol . l<sup>-1</sup> c<sub>O</sub>(HA<sub>c</sub>
Mathematische Umformung===Blutpuffer=== c(H<sub>3</sub>O<sup>+></sup>)Auch unser Blut ist pH-gepuffert, d. h.c(Ac<sup>der Blut-</sup>) K<sub>s</sub> = [[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. c(HA<sub>c<Das [[Kohlensäure]]/sub>) : c(Ac<sup>Hydrogencarbonat-</sup>) c<sub>O</sub>(HA<sub>c</sub> Gleichgewicht ist am Blutpuffer beteiligt.
Mathematische Umformung c(HAc) c(H<sub>3</sub>O<sup>+></sup>) = K<sub>s</sub> . == 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]] 4,75. Dieser Wert entspricht der [[Säurestärke]] und kann rechnerisch über die [[Puffersysteme#Puffergleichung_nach_Henderson----------------- - lg cHasselbalch|Puffergleichung (Ac<sup>-</sup>s. u.)]] vorhergesagt werden.
ph= -lg c(H<sub>3</sub>O<sup>+></sup>)== Pufferlösungen von pH 2 bis pH 13 herstellen ===* [[Pufferlösungen von pH 2 bis pH 13 herstellen|Beschreibung]] c(Ac<sup>* [[pH-</sup>)Wert einer Salzlösung]] ph= pK<sub>s</sub> +lg --== Standardpuffer ===* Standardpuffer zur Eichung von [[pH-Meter|pH------- c(HAc)Metern]], in: [[Chemie heute]], S. 417
== 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'ph= negativer dekadischer Logarithmus '<sub>S</sub>(Säure) und dem Verhältnis der Konzentration [[Stoffmengenkonzentration]]en von HSäure 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>3S</sub>O(Säure) + [[Logarithmus|log<supsub>10</sub>+]] <b>──────</supb>- Ionen|NR= ''[[Stoffmengenkonzentration|c]]''(Säure)}}| || (Henderson-Hasselbalch-Gleichung)|}
Zu 990 ml Gesucht: pH-Wert der Pufferlösung, die je 0,1 mol Essigsäure und Natriumacetat enthalten, werden 10 ml Salzlösung mit der Konzentration c(HCL)= 1mol.l<sup>-1</sup>) gegeben. Die zugefügte Stoffmenge an Hydronium- Ionen beträgt:
n(HCL) Durch Einsetzen in die Puffergleichung ergibt sich: pH = c(HCl) . V4,75 + [[Logarithmus|log<sub>10</sub>]](Salzsäure1) = 04,01 mol75
=== Acetatpuffer bei Säurezugabe ===
c(HAc)= Essigsäure c(Ac<sup>-</sup>)= Acetat Essigsäure Acetat = Base, der Akzeptor = SäureZu 990 mL Pufferlösung, der Donator = die je 0,1 mol [[Essigsäure]] und [[Natriumacetat]] enthält, wird 10 mL Salzsäure mit der Konzentration ''c''([[HCl]]) = 0,1 mol = reagiert mit Salzsäure = Acetat/L hinzugegeben. Wie ändert sich der pH- Ionen verringern <-------- = es entsteht Essigsäure mit sich mehr Molekülen 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]]''([[HCl]]) = ''[[Stoffmengenkonzentration|c]]''([[HCl]]) '''·''' ''V''([[Salzsäure]])<br />''[[Stoffmenge|n]]''([[HCl]]) = 1 mol/L{{*}}0,01 L<br />''[[Stoffmenge|n]]''([[HCl]]) = 0,01 mol
c(HAc)Ergebnisse in die Puffergleichung einsetzen und neuen pH-Wert berechen: 0,09 mol{{*}}L pH = Essigsäure c(Ac4,75 + log<supsub>-10</supsub>)------------- = Acetat Essigsäure Acetat4,66 0,1mol 0,1mol11 mol{{*}}L
+ HCL === 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 ''c''([[NaOH]]) = 1 mol'''·''' L<sup>-1</l(Stoffmenge)sup> hinzu, steigt der [[pH-Wert]] entsprechend an, also auf pH 4,84.
'''Allgemeine Formel:''''''c= u/v''' == pH-Wert---> 1 mol/l . 0Sprung ohne Puffer ===Zum Vergleich: In einem Liter ungepufferter Lösung,01 l = 0also nur Essigsäure ohne das Salz,01 molergäbe die gleiche Menge [[Salzsäure]] den Abfall auf pH 2 und der Laugenzusatz den Sprung auf pH 12.