Puffersystem. Warum Zugabe von Säuren und Basen?

Hallo, im Gleichgewicht sind Essigsäure und Wasser bereits vorhanden und sie reagieren zu Acetation und Oxonium und auch umgrkehrt. Sie halten ja den PH Wert stabil deswegen nennt man es auch Puffersystem nehme ich an. Warum gibt man jetzt noch zusätzliche Säure oder Base zu? Und könnt ihr eventuell noch die Pufferkapazität erklären da ich sie in der Oberstufe gut präsentieren können. Danke

Answer 1

[DedeM]

Moin,

ein Puffer entsteht, wenn du eine schwache Säure (oder Base) mit einem Salz dieser schwachen Säure (oder Base) mischst.

Die Idee davon ist, dass zum Beispiel die schwache Säure NICHT vollständig in der Lösung dissoziiert. Dann bleiben nämlich im Pufferbereich immer Säuremoleküle übrig, die ihr Proton noch abspalten können. Außerdem sind im Pufferbereich umgekehrt durch das Salz auch immer Säurerestanionen vorhanden, die Protonen aufnehmen können.

Nimm als Beispiel den Ethansäure-Acetat-Puffer. Er besteht aus der schwachen Ethansäure (Essigsäure) und einem wasserlöslichen Salz dieser Säure (in der Regel Natriumacetat).

Dann liegen in einer wässrigen Lösung dieses Gemischs sowohl Ethansäuremoleküle (CH₃–COOH) als auch Acetat-Anionen (CH₃–COO^–) vor.

„Warum gibt man jetzt noch zusätzliche Säure oder Base zu?” ist an dieser Stelle keine besonders geeignete Frage. Es ist vielmehr so, dass der pH-Wert der Pufferlösung in gewissen Grenzen stabil bleibt, selbst WENN man nun noch zusätzliche Säuren oder Basen hinzu gibt!

Schauen wir uns dazu ein Beispiel an:

Stell dir vor, du hättest einmal ein Gefäß mit 990 mL reinem Wasser (pH 7). Und dann hättest du ein zweites Gefäß mit 990 mL einer Ethansäure-Acetat-Puffer-Lösung der Konzentration 0,1 mol/L (pH 4,76).

Nun fügst du in beide Gefäße 10 mL Salzsäure der Konzentration 1 mol/L hinzu. Was passiert dann mit den pH-Werten?

Im Fall des reinen Wassers entsteht dann eine saure Lösung mit dem pH 2. Das heißt, dass die Zugabe von 10 mL Salzsäure den pH-Wert um 5 Einheiten absenkt (7 – 5 = 2)...

Bei der Zugabe von 10 mL 1-molarer Salzsäure zur Pufferlösung fällt der pH-Wert von 4,76 auf 4,67, also gerade einmal um 0,09 Einheiten.

Mit anderen Worten: während die Zugabe von Salzsäure zu reinem Wasser einen sehr starken Einfluss auf den pH-Wert hat (von pH 7 auf pH 2), macht sich die gleiche Menge Salzsäure bei einem Puffersystem kaum bemerkbar (von pH 4,76 auf pH 4,67).

Unter der Pufferkapazität versteht man wiederum die Stoffmenge an Säure oder Base, die zum Puffersystem hinzugefügt werden kann, ohne dass sich der pH-Wert nennenswert ändert.

Die Pufferkapazität ist einerseits abhängig von der Konzentration der Pufferlösung. Auch das ist unmittelbar einsichtig, denn wenn man sehr viel Säure zu einem Puffersystem zugibt, ist irgendwann die Menge an Säurerest-Anionen, die den Protoneneintrag in die Lösung abfangen sollen, verbraucht. Danach führt die weitere Zugabe von Säure wieder zu einem sprunghaften Anstieg der Oxoniumionenkonzentration (so, als hätte es den Puffer nie gegeben).

Analoges gilt auch für die Zugabe von Hydroxidionen bei Zugabe einer Base. Und in diesem Zusammenhang dürfte auch unmittelbar verständlich sein, dass es von der Konzentration des Puffers abhängt, wann diese Puffergrenze erreicht wird.

Außerdem ist auch die Zusammensetzung des Puffers wichtig. Die beste Pufferwirkung erzielt man bei einem 1:1-Mischungsverhältnis, also einer äquimolaren Menge an schwacher Säure und Salz der schwachen Säure. Dann liegt die Puffergrenze grob bei pK_S ± 1.

Ein Beispiel für einen Puffer aus einer schwachen Base und einem Salz dieser Base ist der Ammoniak-Ammoinium-Puffer...

LG von der Waterkant