Wie weit ein Puffer reicht
- Ausgangslage:gibt man Lauge zu einer schwachen Säure, entsteht A⁻ — zwischen Start und Äquivalenzpunkt liegt ein Puffer vor (3.3.2, 3.4.2).
Öffne den Hahn der Bürette (Klick auf den Hahn oder die Knöpfe im Balken; mit der Tastatur: Tab zum Hahn, Enter = 0,5 mL, Bild↓ = 2 mL, ← nimmt die letzte Portion zurück). Jede Portion wird gemessen und eingetragen. Miss danach auch die konzentriertere Essigsäure und vergleiche.
Halte fest: Zwischen pH ≈ 3,8 und 5,8 (pKs ± 1) ändern die Portionen den pH-Wert am wenigsten — das ist der Pufferbereich. Die doppelt konzentrierte Lösung hat denselben Bereich, bleibt aber doppelt so lange darin: doppelte Pufferkapazität.
- Flacher Abschnitt:um pH = pKs ändert jede Portion den pH-Wert am wenigsten — hier puffert die Lösung am besten.
- Grenzen:bei n(A⁻) : n(HA) = 1 : 10 ist pH = pKs − 1, bei 10 : 1 ist pH = pKs + 1 (3.4.2). Außerhalb ist ein Partner fast aufgebraucht.
Pufferbereich: \(\mathrm{pH} = \mathrm{p}K_\text{S} \pm 1\)
- Folgerung:für einen gewünschten pH-Wert ein Puffersystem wählen, dessen pKs höchstens eine Einheit entfernt liegt — am besten ganz nah.
Die Pufferkapazität
- Pufferkapazität:Stoffmenge an H₃O⁺ bzw. OH⁻, die ein Puffer aufnehmen kann, bevor sein pH-Wert den Pufferbereich verlässt (oft auf 1 L Puffer bezogen).
- Konzentration:doppelte Stoffmengen beider Partner → doppelte Kapazität; der Pufferbereich bleibt gleich.
- Verhältnis:bei 1 : 1 gleich große Kapazität gegen Säure und Lauge; überwiegt A⁻, puffert die Lösung besser gegen Säure.
Herleitung:
- Gegen Säure:entsprechend \(x_\text{max} = \dfrac{10\,n_0(\ce{A-}) - n_0(\ce{HA})}{11}\) bis pH = pKs − 1.
- Beispiel:1 L Puffer mit je 0,10 mol HA und A⁻ nimmt (1,0 − 0,10) : 11 = 0,082 mol OH⁻ auf, bevor pH = pKs + 1 erreicht ist.
- Verdünnen:der pH-Wert bleibt, die Kapazität sinkt im selben Maß.
Allgemeine Hinweise
Bereich ist nicht Kapazität
Der Pufferbereich hängt nur vom pKs ab, die Kapazität von den Stoffmengen. Ein stark verdünnter Puffer hat denselben Bereich, fängt aber kaum etwas ab.
Rechnen heißt nicht puffern
Außerhalb von pKs ± 1 liefert die Henderson-Hasselbalch-Gleichung noch Zahlen — die Lösung puffert dort aber kaum noch, weil ein Partner fast aufgebraucht ist.
Puffer auswählen in zwei Schritten
Erst das System: Ziel-pH innerhalb pKs ± 1, besser ± 0,5. Dann die Konzentration: so hoch, dass die erwartete Säure- oder Laugenmenge deutlich unter der Kapazität bleibt.