Puffersysteme? Ausgangs und Gleichgewischtskonzentration bei 1:1?

wieso kann wenn das stoffmengenverhältnisss 1 zu 1 für schwachse säure und korrespondierende base im puffersystem, für die Gleichgewichtskonzentrationen c(A-) und c(HA) die Ausgangskonzentrationen c0 (A-) und c0(HA) einsetzen

Answer 1

[indiachinacook]

Das kann man nicht immer, aber meistens. Puffersubstanzen werden gewöhnlich in Konzentrationen von 0.1 bis 0.01 mol/l verwendet, und der Puffer-pH beträgt typi­scher­weise 4–10, d.h., die Puffersubstanzen müssen maximal 10¯⁴ mol/l H₃O⁺ bzw. OH¯ bereitstellen, das ist sehr wenig im Vergleich zu ihrer Einwaagekonzentration, also ändert sich nicht viel.

Nehmen wir z.B. einen Acetatpuffer mit je 0.01 mol/l Essigsäure bzw. Acetat. Der Puffer ist sym­me­trisch, also pH=pKₐ=4.75 bzw. c(H₃O⁺)=Kₐ=0.000018 mol/l. Folglich müssen 0.000018 mol/l Essig­säure ihr H⁺ ans Wasser abgeben, und die Gleich­gewichts­kon­zen­tra­tio­nen betragen für die Essigsäure c₀−Kₐ=0.009982 mol/l und fürs Acetat 0.010018 mol/l — das ist nur unwesentlich von den Einwaagekonzentrationen verschieden (knapp 2‰), also kann man es ignorieren.

Wenn man jedoch Puffer in sehr geringen Konzentrationen verwendet, oder für ex­tre­mere pH-Werte, dann spielt der Effekt eine Rolle, und die Henderson–Hassel­balch-Glei­chung versagt. Insbesondere gilt dann auch für symmetrische Puffer pH≠pKₐ:

• Ein Puffer mit je 10¯⁴ mol/l Essigsäure und Acetat hätte pH=4.87
• Ein Puffer aus je 0.01 mol/l NaHSO₄ (pKₐ=1.99) und Na₂SO₄ hätte pH=2.38

Allerdings ist in solchen Fällen auch die Pufferkapazität reduziert (der Puffer ist ja nicht wirklich symmetrisch in den Gleichgewichtskonzentrationen der Puffer­sub­stan­zen), deshalb kommen solche Fälle in der Praxis selten vor.

Answer 2

[Picus48]

Indiachinacook hat die Frage doch sehr umfassend und korrekt beantwortet. Offenbar bist du mit der Antwort etwas überfordert, da sie zu weit ins Detail geht. Ich fasse mich daher kurz. Schwache Säuren sind im Konzentrationsbereich, der für die Puffer üblich ist, nur sehr gering dissoziiert. Der Dissoziationsgrad bei c = 1,0 mol/L liegt bei ungefähr 0,3 %. Daher kann man ohne großen Fehler mit der Näherung c(HA) = c₀(HA) und c(A⁻) = c₀(A⁻) rechnen.

Das ist auch genau der Ansatz, der ausgehend vom Massenwirkungsgesetz zu der Formel für den pH-Wert führt. pH = 1/2 · pK_S - lg (c( HA))