Pufferlösung pH berechnen

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So steht es ja in vielen Lehrbüchern, aber ist dies nicht ungenau gerechnet?

So ist es. Die HH-Gleichung ist eine Näherungslösung. Deswegen sollte sie bei pKs-Werten kleiner 4 besser nicht angewandt werden

Im Prinzip ja, aber das ist völlig vernachlässigbar. Du hast ja Lösungen, die 0.1 mol/l an Säure und Salz enthalten, aber daraus bilden sich nur 10**(-4.75)=.000018 mol/l Hydronium-Ionen, oder anders gesagt, der Anteil an Salz- oder Säureteilchen, die eine Reaktion eingehen, liegt bei weniger als einem Fünftausendstel.

Wenn man es richtig rechnet, also mit allen Gleichgewichten und so, dann kriegt man heraus: Essigsäure 0.099982 mol/l, Acetat 0.100018 mol/l, Hydronium 0.000018 mol/l. Oder, anders gesagt, man ist gänzlich im grünen Bereich.

In andern Fällen muß das nicht so sein.

Das drastische Beispiel ist der Puffer zwischen Hydrogenphosphat und Phosphat (Na₂HPO₄ und Na₃PO₄, jeweils 0.1 mol/l). In dem Fall haben wir aber das Problem, daß der relavante pK₃-Wert bei 12.3 liegt und wir daher naiv einen pH-Wert von 12.3 erwarten würden. Das entspräche aber einer Hydroxid-Konzentration von 0.02 mol/l. DDie müssen aber von irgendwoher kommen, und dazu müssen ca. 1/5 der vorhandenen Phosphat-Ionen hydrolysieren. Danach ist der Puffer natürlich nicht mehr symmetrisch. ;-)

Wenn man die Rechnung (mit allen drei Dissoziationsstufen) mach, dann bekommt man für diese nur scheinbar einfach Lösung heraus: Phosphor­­säure ca. 10**(-15.9), Di­hydrogen­­phosphat ca. 10**(-5.9), Hydrogen­­phosphat 0.115307 mol/l und Phosphat 0.084691 mol/l. Nur 42% des Phosphors liegen als tertiäres Phosphat vor, und der pH beträgt 12.184979.

Für diese Rechnung hatte ich die pK-Werte 2.148, 7.198, 12.319 von Wikipedia genommen, und der größte Restfehler bei der Konvergenz betrug 10**(-10) mol/l.

(Bei einem 0.01-molaren Puffer zwischen Phosphat und Hydrogen­phosphat wird das noch viel heftiger, da kriegt man einen pH von 11.756, und 79% des Phosphors liegen als Hydrogenphosphat vor, also keine Spur von „symmetrisch“).

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Chemiestudium mit Diss über Quanten­chemie und Thermodynamik