Puffersysteme: Unterschied zwischen den Versionen

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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]].
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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|schwache 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.
 
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.
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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.
 
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.
  
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==Phosphatpuffer==
 
  
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== Die wichtigsten Puffersysteme bzw. Pufferlösungen ==
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===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.  
 
Möchte man einen neutralen [[pH-Wert]] erhalten, so muss man den Phosphatpuffer benutzen. Dieser erhält eine gleiche Konzentration an Dihydrogenphosphat-Ionen und Hydrogenphosphat-Ionen.  
  
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Auch unser Blut ist pH-gepuffert, d. h. der Blut-[[pH-Wert]] muss bei 7,4&nbsp;&plusmn;&nbsp;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.
 
Auch unser Blut ist pH-gepuffert, d. h. der Blut-[[pH-Wert]] muss bei 7,4&nbsp;&plusmn;&nbsp;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.
  
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=== Essigsäure-Acetat-Puffer ===
 
'''[[Essigsäure]]/[[Acetat]]-Puffer'''. Enthält eine Lösung gleiche Stoffmengen an [[Essigsäure]] und [[Natriumacetat]], so erhält man eine Pufferlösung mit dem [[pH-Wert]] 4,65:
 
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==Aufgabe 1==
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== Berechnungsbeispiele ==
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=== Acetatpuffer bei Säurezugabe ===
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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. Die zugefügte Stoffmenge an Hydronium-Ionen beträgt:
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         sich                                                  mehr Molekülen  
 
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+ c([[HCl]]) = 1 mol/L (Stoffmenge)
 
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==Beispiel: Zum besseren Verständnis==
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==Aufgabe 2==
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===Acetatpuffer bei Zugabe einer Base ===
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Fügt man 10 mL [[Natronlauge]] der Konzentration ''c''([[NaOH]]) = 1 mol '''&middot;''' L<sup>-1</sup> 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.
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Fügt man der o. a. Pufferlösung 10 mL [[Natronlauge]] der Konzentration ''c''([[NaOH]]) = 1 mol '''&middot;''' L<sup>-1</sup> 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.
  
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Das bedeutet, dass man der Konzentration [[Natronlauge]] hinzufügt und diese mit der [[Essigsäure]] reagiert. Somit werden die Essigsäuremoleküle weniger und die Acetat-Ionen mehr.
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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-Ionen zunimmt.
  
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c(HAc) + [[NaOH]] ----------> ''c''(Ac<sup>-</sup>) + H<sub>2</sub>O
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''c''(HAc) + [[NaOH]] ----------> ''c''(Ac<sup>-</sup>) + H<sub>2</sub>O
  
  

Version vom 24. Februar 2012, 01:21 Uhr

Puffersysteme
vernetzte Artikel
Säure-Base-Reaktionen pH-Skala

Allgemeines

Eine Pufferlösung kann trotz der Zugabe von Säuren oder Basen den pH-Wert weitgehend konstant halten. Sie besteht aus einer schwache 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.


Die wichtigsten Puffersysteme bzw. Pufferlösungen

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

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)

Berechnungsbeispiele

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. Die zugefügte Stoffmenge an Hydronium-Ionen beträgt:

n(HCl) = c(HCl) · V(Salzsäure)

n(HCl) = 1 mol/L · 0,01 L

n(HCl) = 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

Acetatpuffer bei Zugabe einer Base

Fügt man der o. a. Pufferlösung 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 wenn man der Pufferlösung Natronlauge hinzufügt, diese mit der Essigsäure reagiert und somit die Essigsäuremoleküle weniger werden und die Konzentration der Acetat-Ionen zunimmt.

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 ...
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zum Thema Puffersysteme:
Chemie FOS-T

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Chemie heute

auf Seite
125

Elemente Chemie

auf Seite
212

Weblinks

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