Chemie für Mediziner: Säuren und Basen
von Pufferlösungen
Auf den letzten Seiten wurden die Grundlagen zum Verhalten von Pufferlösungen vorgestellt. Nun soll ein konkretes Beispiele näher betrachtet werden: Zwei Pufferlösungen unterschiedlicher Konzentration sollen einen "Säurestoß" erhalten. Als Vergleich soll zudem einer ungepufferten -Lösung mit dem gleichem Anfangs- die gleiche Menge Säure zugegeben werden.
Es liegen in unserem Beispiel ein äquimolarer Ammonium-Puffer und ein zehnfach verdünnter Ammonium-Puffer vor. Spricht man von einem äquimolaren Puffer, dann bedeutet dies, dass die Konzentration der Säure und der konjugierten Base je ist.
- Volumen der Lösungen: je 1 Liter
- Volumen und Konzentration der zugegebenen -Lösung:
→ Stoffmenge an zugegebenen -Ionen: nzugegeben() =
- Tab.1
Art der Lösung | /-Puffer | verdünnter /-Puffer | ungepufferte NaOH-Lösung |
---|---|---|---|
Konzentrationen / [] | / | / | – |
Anfangs- | |||
Säurezugabe | |||
Menge an zugegebener Säure [] |
Die Anfangs--Werte der beiden Pufferlösungen sind gleich (gleiches Verhältnis der Puffersubstanzen). Der -Wert einer Pufferlösung bleibt beim Verdünnen konstant. Gesucht sind nun die -Werte aller drei Lösungen nach der Säurezugabe:
- Tab.2
Konzentrationen / [] | / | ≈ / ≈ | – |
---|---|---|---|
Berechnungsmethode | = + log []/[HA] = + log (/) | = ½( - log) = ½ ( - log ) | [] ≈ = -log[] = -log |
End- |
Diskussion:
- Puffer: Der -Wert verändert sich nur geringfügig. Die Zugabe der Säure wurde abgepuffert. Der -Wert lässt sich über die Henderson-Hasselbalch-Gleichung berechnen.
- Puffer: Der zehnfach verdünnte Puffer hingegen konnte den "Säurestoß" nicht abpuffern. Das gesamte Ammoniak der Lösung wird in die konjugierte Säure Ammonium überführt, so dass die Henderson-Hasselbalch-Gleichung nicht mehr angewendet werden kann. Es ist eine -Lösung entstanden. Der -Wert der Pufferlösung entspricht nach der Säurezugabe, dem einer Säure mit = ( von ) und lässt sich über die Formel für den schwacher Säuren berechnen.
- Hinweis
- Gleiche Volumina verschieden konzentrierter Pufferlösungen unterscheiden sich in ihrer Pufferkapazität.
Die Pufferkapazität ist definiert als diejenige Menge einer Säure oder Base, die zugegeben werden muss, um den -Wert eines Liters der Pufferlösung um eine Einheit auf der -Skala zu verändern.
Ungepufferte -Lösung: Hier ist die Änderung des -Werts am größten. Die Berechnung der -Ionen-Konzentration erfolgt über die Bilanz der Stoffmenge. Die nach der Säurezugabe übrige Menge ist gleich der Differenz der Menge zugegebener Salzsäure und vorher vorliegender Menge . Es gilt: = = und für 1 Liter Lösung demnach n()0 = ≈ n() = n - n()0 = - = ≈ Die zur Neutralisation der NaOH-Lösung benötigte Menge Säure ist aber gering und kann in unserem Beispiel vernachlässigt werden. Da das Volumen der Lösung auch nach der Säurezugabe ungefähr ein Liter ist, lässt sich [] mit angeben.