EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

118 118 Konjugierte Puffer – pH-Wert eines Puffers – Puffergleichung 5.6 Pufferlösungen Pufferlösungen halten den pH-Wert bei Zugabe einer nicht allzu großen Menge Säure bzw. Base konstant. Pufferlösungen bestehen aus einer schwachen Säure mit der allgemeinen Bezeichnung HPuff und einer schwachen (konjugierten) Base Puff – . In diesem Buch erfolgt eine Beschränkung auf konjugierte Pufferlösungen. Die Säure und die konjugierte Base müssen einen p K -Wert im mittleren Bereich aufweisen, da nur in diesem Bereich Säure und konjugierte Base schwach sind. Wirkung einer Pufferlösung Gibt man eine starke Säure in eine Pufferlösung, so reagiert sie mit der stärksten anwesenden Base, der Pufferbase Puff – und folgende Reaktion läuft ab: HA + Puff – A – + HPuff Es verschiebt sich das Gleichgewicht zwischen HPuff und Puff – , aber es treten keine freien H 3 O + -Ionen auf und damit auch keine nennenswerte pH-Wertände- rung. Gibt man eine starke Base in eine Pufferlösung, so reagiert sie mit der stärksten anwesenden Säure, der Puffersäure HPuff und folgende Reaktion läuft ab: B – + HPuff HB + Puff – Es verschiebt sich das Gleichgewicht zwischen HPuff und Puff – , aber es treten keine freien OH – -Ionen auf. pH-Wert einer Pufferlösung Bei einer Pufferlösung liegt ein Protolysengleichgewicht vor. Bei einer Pufferlö- sung liegen aber schon von Beginn Säure und konjugierte Base vor. HPuff + H 2 O H 3 O + + Puff – Es gilt das Massenwirkungsgesetz. Puffersäure und Pufferbase sind eine schwache Säure bzw. Base. Daher weichen die Gleichgewichtskonzentrationen der Pufferbestandteile nur in einem geringen Ausmaß von der Ausgangskonzentration ab. Die Gleichgewichtskonzentration kann durch die Ausgangskonzentration ersetzt werden. bzw. umgeformt Puffergleichung in logarithmischer Schreibweise Liegen in der Pufferlösung Säure und Base in gleichen Konzentrationen vor, spricht man von einem 1:1-Puffer . Bei einem 1:1 Puffer gilt: pH = p K A . Da die Konzentrationen der Pufferbestandteile in diese Beziehung nicht ein- gehen, ändert sich der pH-Wert des Puffers beim Verdünnen nicht. Trotzdem soll- ten die Konzentrationen nicht zu gering sein, weil sonst die Wirkung des Puffers schnell erschöpft ist. Die Menge Säure bzw. Base, die ein Puffer abfangen kann, bezeichnet man als Pufferkapazität . (Abb. 118–3) Abb. 118–1: Wirkung einer Pufferlösung Abb. 118–2: pH-Werte einiger Puffersysteme K A(HPuff) = [H 3 O + ] • [Puff – ] [HPuff] K A(HPuff) = [H 3 O + ] • c 0 (Puff – ) c 0 (HPuff) [H 3 O + ] = K A(HPuff) • c 0 (Puff – ) c 0 (HPuff) 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 HCl Pufferlösung pH-Meter 7.00 Wasser pH-Meter 7.00 Wasser pH-Meter 3.00 Pufferlösung pH-Meter 6.90 HCl 8 7 6 5 4 3 2 1 10 30 50 70 90 pH Zugabe von HCl ( c = 1 mol/L) in mL 1 L Wasser 1 L Pufferlösung 0,1-mol/L [NaH 2 PO 4 /Na 2 HPO 4 ] Pufferkapazität Abb. 118–3: pH-Änderung einer Pufferlösung PLUS pH = p K A(HPuff) – lg c 0 (Puff – ) c 0 (HPuff) pH = p K A(HPuff) – lg n (Puff – ) n (HPuff) c 0 (HPuff) = V gesamt n (HPuff) c 0 (Puff – ) = V gesamt n (Puff – ) da gilt: und Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv