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Tutorial MenueChemische GrundlagenLerneinheit 6 von 6

Pufferlösungen

Puffergleichung

Das Verhalten einer Pufferlösung lässt sich auch quantitativ beschreiben. Ausgehend vom Massenwirkungsgesetz für die Dissoziation einer Säure erhält man für den Acetat-Puffer:

Ka = [H 3 O + ] [CH 3 COO - ] [CH 3 COOH ]

umformen liefert:

[H 3 O + ] = Ka [CH 3 COOH ] [CH 3 COO - ]

logarithmieren liefert:

Berechnung des pH-Werts einer Pufferlösung:
pH = pKa - log [CH 3 COOH ] [CH 3 COO - ]

Die Gleichung zeigt, dass der pH-Wert der Pufferlösung vom pKa-Wert der Essigsäure und vom Verhältnis Essigsäure/Acetat bestimmt wird. In allgemeiner Form ist die Puffergleichung als Henderson-Hasselbalch-Gleichung bekannt.

Henderson-Hasselbalch-Gleichung:
pH = pKa + log [A - ] [HA]

Liegt zum Beispiel in einem Acetat-Puffer Essigsäure mit einer Konzentration von 0,1 molL-1 und Acetat mit 0,5 molL-1 vor, lässt sich über die Puffergleichung der pH-Wert bestimmen: pH = 4,8 + log 5 = 5,5.Liegen Säure und konjugierte Base in gleicher Konzentration vor, so ist [HA]/[ A - ] gleich eins und die Puffergleichung wird zu pH = pKa. Die Pufferlösung kann bei diesem pH-Wert Säuren- und Basenzugaben gleich gut abpuffern. Liegt die Säure in zehnfach höherer Konzentration vor, so gilt pH = pKa - 1. Der Puffer wirkt dann effektiv gegen die Zugabe von Basen, kann aber nur noch geringe Mengen Säure abpuffern. Als Faustregel gilt deshalb für den optimalen Einsatzbereich von Pufferlösungen: pH = pKa ± 1 (= Pufferbereich).

Da sich der Pufferbereich in der Titrationskurve deutlich abzeichnet, lässt sich anhand von Titrationskurven der pKa-Wert schwacher Säuren oder Basen ermitteln (geringste Steigung der Kurve).

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