Chemie- Puffer?

4 Antworten

Die Wirkung eines Puffersystems kann man am Beispiel des Acetat-Puffers erläutern. In einer Lösung befindet sich verdünnte Essigsäure und die entsprechende Stoffmenge an Natriumacetat. Die Lösung zeigt pH=4,65. Versetzt man die Lösung mit einer starken Säure wie Salzsäure, so werden die Hydronium-Ionen der Salzsäure von den Acetat-Ionen des Natriumacetats abgefangen. Dabei wird das Natriumacetat in die schwache Säure Essigsäure umgewandelt.

Gibt man zu der Lösung eine starke Base wie Natriumhydroxid, werden die Hydroxid-Ionen der starken Base abgefangen und das Natriumhydroxid wird in die schwache Base Natriumacetat umgewandelt.

Säuren können durch alle Salze von schwachen Säuren und starken Basen gepuffert werden, Basen durch alle Salze von starken Säuren und schwachen Basen.

https://www.seilnacht.com/Lexikon/puffer.html

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung

Diese Graphik zeigt einen Acetatpuffer:

Beim Wert x=0 haben wir den symmetrischen Puffer (beide Konzentrationen 0.5 mol/l). Die x-Achse gibt an, wieviel Base wir zugeben (auf der egativen Seite: Säure) wir zu­geben, die schwarze Kurze zeigt, welchen pH-Wert wir bekommen, und die Hin­ter­grund­far­ben geben die Verteilung von Essigsäure (rot) bzw. Acetat (blau) an.

Was passiert jetzt, wenn man zum Puffer (x=0) eine starke Säure zugibt, sagen wir mal 0.1 mol/l? Wenn wir keinen Puffer hätten, sondern reines Wasser, dann würde der pH von 7 auf 1 fallen, aber im Puffer verändert er sich nur wenig, von 4.75 auf 4.58 . Aber etwas anderes ändert sich: Das Verhältnis zwischen Essigsäure und Acetat, im symmetrischen Puffer natürlicherweise 50:50, steigt auf ungefähr 60:40. Das siehst Du in der Graphik bei x=−0.1 mol/l.

Du siehst also: In reinem Wasser werden durch Säurezugabe große Mengen von H₃O⁺-Ionen erzeugt, aber im Puffer entsteht stattdessen nur Essigsäure, die auf den pH nur wenig zurückwirkt (weil sie eine schwache Säure ist).

Warum ist das so? Wenn Du irgendeine starke Säure (ich schreibe nur H⁺ und lasse daher offen, welche) in Wasser gibst, dann findet das H⁺ nur eine einzige mögliche Base, an der es andocken kann, nämlich H₂O, daher entsteht H₃O⁺ (die stärkste in Was­ser beständige Säure). In einer Pufferlösung gibt es außer H₂O aber auch Ace­tat; weil Acetat eine stärkere Base als H₂O ist, wird dieses protoniert, und bildet die Essig­säure, die spiegelbildlich eine schwächere Säure als H₃O⁺ ist.

H⁺ + H₂O ⟶ H₃O⁺
H⁺ + CH₃CO₂⁻ ⟶ CH₃COOH.

Du siehst an der Graphik auch, daß der Puffer nur funktioniert, wenn ausreichende Mengen Essigsäure und Acetat vorhanden sind; wenn eines davon verbraucht ist, dann gibt auch eine kleine Säure- oder Basenmenge einen großen pH-Sprung. Da der Puffer im Beispiel sowohl vom Acetat als auch von der Essigsäure 0.5 mol/l enthält, tritt das bei x≈±0.5 mol/l ein. Dann bricht der Puffer zusammen.

Etwas salopp kann man es auch so formulieren: Die Essigsäuremoleküle bzw. as Acetat „opfern“ sich fürs Wasser, indem sie alle H⁺ und OH⁻, die man zugibt, schlucken und verhindern, daß sie überleben und den pH beeinflussen.

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

Leider wird bei mir die Graphik nicht angezeigt.

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@Picus48

Nach dem Absenden war sie noch da, aber jetzt sehe ich sie auch nicht mehr. Danke für den Hinweis, jetzt habe ich sie „zweitgeantwortet“.

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Man hat eine schwache Säure oder Base, und die entsprechende Base, bzw Säure. Bei Säuren macht man das meistens in Form eines Salzes, zb Essigsäure und Acetate.

Da die Säure oder Base schwach ist, dissoziiert sie nicht vollständig. Es sind also immer Teilchen davon in der Lösung, die noch kein Proton abgegeben, bzw aufgenommen haben, wie auch Teilchen, die dies getan haben.

Wenn man jetzt eine stärkere Säure dazu gibt, sind überschüssige Protonen in der Lösung. Die Base des Puffers, im Beispiel Essigsäure/Acetat eben Acetat, nimmt die Protonen auf.
Andersrum, gibt man eine stärkere Base dazu, gibt die Säure des Puffers Protonen ab, die die entstandenen OH- Ionen neutralisieren.

Das geht natürlich nur bis zu einer bestimmten Konzentration der zugegebenen Säure/Base, und deren Stärke.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Ausbildung als MTLA

Sorry, die Graphik in meiner Antwort ist verlorengegangen. Hier (wenn’s denn diesmal klappt):

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Chemiestudium mit Diss über Quanten­chemie und Thermodynamik
 - (Physik, Chemie, Naturwissenschaft)

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