Elemente und Moleküle, Schulbuch

61 4.2 SÄUre-BaSe-reaKTiOnen 1 Liter Wasser 1 Liter Pufferlösung (H 2 PO 4 – /HPO 4 2– jeweils mit c 0 = 1 mol/L) 7 pH-Wert 7,21 Man bekommt eine Salzsäure-Lösung mit c 0 = 0,01 mol/L Zugabe von 1 mL HCl mit c 0 = 10 mol/L n(HCl) = 0,01 mol/L Die Pufferbase reagiert vollständig mit den H 3 O + -Ionen; es verschiebt sich nur das Verhält- nis Puffersäure/Pufferbase Man bekommt eine Natronlauge mit c 0 = 0,1 mol/L Zugabe von 4 g NaOH n (NaOH) = 0,1 mol/L Die Puffersäure reagiert vollstän- dig mit den OH – -Ionen; es verschiebt sich nur das Verhält- nis Puffersäure/Pufferbase 2 pH-Wert pH = 7,21 – lg[(1 + 0,01)/(1 – 0,01)] = 7,20 b) a) 13 pH-Wert pH = 7,21 – lg[(1 – 0,1)/(1 + 0,1)] = 7,3 Wirkungsweise einer Pufferlösung Pufferlösungen verwendet man zum Eichen der Glaselektrode der pH-Meter und bei industriellen Prozessen, bei denen die Konstanthaltung des pH-Wertes wichtig ist. Die gute Pufferung vieler Böden durch CaCO 3 und Ca(HCO 3 ) 2 verhindert in vielen Fäl- len eine Versauerung des Bodens durch saure Ausscheidungen von Mikroorganismen und den „sauren Regen“. Von großer Bedeutung sind Puffersysteme für den lebenden Organismus. Der pH-Wert des Blutes wird durch die Systeme H 2 PO 4 – /HPO 4 2– und H 2 CO 3 /HCO 3 – nahezu auf einem pH-Wert = 7,4 konstant gehalten. pH-Werte unter 6,8 oder über 7,7 wären tödlich. Der H 2 CO 3 /HCO 3 – -Blutpuffer ist besonders wirksam, da es sich hier um ein offenes System handelt. H 2 CO 3 ist kein stabiles Molekül; es zerfällt in Kohlenstoffdioxid und Wasser. Die Puffersäure ist daher das gasförmige CO 2 . Die CO 2 -Konzentration wird durch die Atmung geregelt. In der Lunge wird genau so viel CO 2 abgeatmet, wie aus dem Stoffwechsel anfällt. Entsteht durch die Bildung von Säuren mehr CO 2 , wird die- ses in der Lunge sehr rasch abgeatmet. In einer Pufferlösung bildet sich in einem geschlossenen System bei der Zugabe von einer Säure die entsprechende Menge der Puffersäure. Entfernt man diese Puffersäure – wie dies beim gasförmigen Kohlen- stoffdioxid durch die Atmung möglich ist – spricht man von einem offenen System. Durch dieses Entfernen der gebildeten Puffersäure ist die pH-Wertänderung noch geringer als in einer „normalen“ Pufferlösung. ■ 61.1: Pufferwirkung von Kalkböden Gib in ein 100 mL Becherglas 3 Spatellöffel Sand und in ein weiteres 3 Spatellöffel kalkhältige Erde. Füg jeweils ca. 50 mL Wasser zu. Miss den pH-Wert in beiden Bechergläsern. Füg dann zu jedem Becherglas 1 mL HCl ( c = 0,1 mol/L) zu, mische und miss erneut den pH-Wert. Wiederhol diesen Vorgang einige Male. Trag deine Messwerte in eine Tabelle ein. SCHÜLeRVeRSUCH 7,5 7,0 H + + HCO 3 – CO 2 + H 2 O 24 mmol 1,2 mmol pH = 7,40 7,5 7,0 2 H + + 2 HCO 3 – 2 CO 2 + 2 H 2 O pH = 6,93 7,5 7,0 2 H + + 2 HCO 3 – 2 CO 2 + 2 H 2 O pH = 7,36 Zugabe von H + Zugabe von H + Puffer-Gleichgewicht Puffersysteme Puffer (1:1) pH-Wert H 3 PO 4 /H 2 PO 4 – 1,96 HAc/Ac – 4,75 H 2 CO 3 /HCO 3 – 6,46 H 2 PO 4 – /HPO 4 2– 7,21 NH 4 + /NH 3 9,21 HCO 3 – /CO 3 2– 10,40 HPO 4 2– /PO 4 3– 12,32 Abb. 61.1: pH-Werte einiger Puffersysteme Abb. 61.2: Wirkungsweise eines geschlossenen und eines offenen Puffersystems Durch das Entfernen von CO 2 aus dem Gleichge- wicht verschiebt sich dieses weiter nach rechts und weitere H + -Ionen werden „verbraucht“. Geschlossenes Puffersystem Offenes Puffersystem Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv