Frage von Rallibert, 76

Pufferlösung mit gegebenem pH-Wert herstellen?

Hallo!

Mein Chemielehrer hat mich gefragt, wie man eine Pufferlösung mit bspw. pH von 6 herstellt. Ich habe ihm daraufhin erklärt, dass man das Stoffmengenverhältnis von Pufferbase zu -säure ausrechnen kann. Das war auch richtig, aber er meinte, es gebe noch einen weiteren Weg, Puffergleichungen herzustellen/zu berechnen.

Ich dachte da lediglich an eine Säure mit pH 3 und Base mit pH 9. Voraussetzung ist, dass beide vollständig protolysieren. So sollte sich ja dann ein gemeinsamer pH-Wert von 6 erreichen lassen.

Stimmt meine Überlegung, ist es zu einfach oder gar nicht machbar? Welchen Weg würde man denn sonst gehen? Danke für alle hilfreichen Antworten - die beste kriegt den Stern! ;)

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von ThomasJNewton, 50

Eine Pufferlösung muss schon im Pufferbereich teilweise protoniert und teilweise deprotoniert vorliegen.
Die genauen Zahlen, also den pH in Abhängigkeit vom Konzentrationsverhältnis, oder umgekehrt, das Konzentrationsververhältnis in Abhängigkeit vom pH, liefert die Puffergleichung, irgendwas mit Henderson und/oder Hasselblatt oder so.

Die Gleichung gilt aber nur begrenzt gültig, in der Praxis. Wenn der pH um mehr als zwei abweicht, kommen zu viele andere Faktoren ins Spiel.
Und wenn zwei Säuren im pKs um 6 abweichen, muss man im Zweifel beide getrennt betrachten. Denn genau in der Mitte puffert nämlich keine mehr, die eine liegt zu 99,9 % protoniert vor, die andere zu 99,9 % deprotoniert.

Das man pH-Werte nicht einfach addieren kann, sollte dir eigentlich klar sein.
Kipp einfach mal gleiche Mengen von Salzsäure vom pH 0 und und reines Wasser zusammen. Der pH der Mischung liegt irgendwo bei 0,3, nicht bei 3,5. Soweit ich Logarithmen noch im Kopf habe.

Da kommt dann die wichtigste Regel überhaupt zum Tragen:
Wenn dir nichts einfällt, dann sag, dass dir nichts einfällt.
MIr fällt im Moment auch nichts ein, und ich hab das immerhin mal studiert, damals, als wir noch einen Kaiser hatten.

Nur weil ein Lehrer dich was fragt, solltest du nicht nervös werden, und schon gar nicht vorschnell.
Wenn man zu schnell denkt, vergisst man leicht einiges, was man eigentlich weiß.

Expertenantwort
von indiachinacook, Community-Experte für Chemie, 41

Du brauchst ein Säure/Base-Paar mit einem pKₐ-Wertvon ungefähr 6. Ein paar Zehntel kann man noch mit den Konzentrationen ausgleichen.

Eine offensichtliche Möglichkeit wäre Carbonat (pK₁=6.36). Eine Lösung, die 0.0696 mol/l CO₂ und 0.0304 mol/l HCO₃⁻ enthält, hat genau pH=7. Dieselbe Lösung kriegt man natürlich auch, wenn man eine 0.1 mol/l NaHCO₃-Lösung mit 0.0696 mol/l einer starken Säure versetzt. Denn der Zehner­logarithmus des Konzentrations­verhältnisses (lg(0.0696/0.0304) sind genau die 0.36, die Du den pH-Wert vom pK₁ noch weg­korrigie­ren willst. Die Puffer­kapazität beträgt etwa 0.051 mol/l.

Andere Möglichkeiten:

Zitronensäure hat pK₁=3.09, pK₂=4.75, pK₃=5.41. Das ist nicht ganz optimal, aber wenn Du eine 0.1 mol/l Zitronen­säure mit 0.2775 mol/l Base fast neutrali­sierst, kriegst Du eine passable Pufferlösung von pH=6 und immer noch anständiger Pufferkapazität (0.045mol/l).

Maleinsäure liegt auch recht günstig (pK=1.93 und 6.58). Du müßtest in diesem Fall eine 0.1 mol/l Maleinsäure­lösung mit 0.1208 mol/l Base versetzen. Die Puffer­kapazität ist etwas schwächer, 0.041 mol/l.

Wenn Dir eine bessere Säure einfällt, dann rechne ich es gerne für Dich durch.

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