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Wie Puffer wirken

Warum bleibt der pH-Wert deines Blutes bei 7,4, obwohl dein Stoffwechsel ständig Säuren liefert?

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Was ein Puffer ist

Gibt man Salzsäure zu Wasser, stürzt der pH-Wert ab — in einer Pufferlösung ändert er sich kaum.

  • Pufferlösung:hält den pH-Wert nahezu konstant, wenn kleine Mengen Säure oder Base hinzukommen.
  • Zusammensetzung:eine schwache Säure und ihre korrespondierende Base in ähnlicher Stoffmenge.
  • Acetatpuffer:Essigsäure und Natriumacetat, \(\ce{CH3COOH}\) / \(\ce{CH3COO-}\).
  • Ammoniumpuffer:Ammoniumchlorid und Ammoniak, \(\ce{NH4+}\) / \(\ce{NH3}\).
  • Blutpuffer:Kohlensäure und Hydrogencarbonat, \(\ce{H2CO3}\) / \(\ce{HCO3-}\), halten das Blut bei pH \(7{,}4\).
Merke

Puffer: Eine Lösung aus schwacher Säure und korrespondierender Base ändert ihren pH-Wert bei Zugabe kleiner Mengen Säure oder Base kaum.

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Wie der Puffer abfängt

Jede Pufferkomponente macht einen der Eindringlinge unschädlich.

  • Säure kommt dazu:Die Base fängt sie ab: \(\ce{CH3COO- + H3O+}\) \(\ce{-> CH3COOH + H2O}\).
  • Base kommt dazu:Die Säure fängt sie ab: \(\ce{CH3COOH + OH-}\) \(\ce{-> CH3COO- + H2O}\).
  • Warum kaum Änderung:Es verschiebt sich nur das Verhältnis \(n(\ce{HA}) : n(\ce{A-})\) ein wenig, freie \(\ce{H3O+}\) oder \(\ce{OH-}\) bleiben kaum übrig.
  • pH des Puffers:Bei \(n(\ce{HA}) = n(\ce{A-})\) gilt \(\mathrm{pH} = \mathrm{p}K_S\) — wie am Halbäquivalenzpunkt; der flache Teil der Titrationskurve ist ein Pufferbereich.
  • Pufferkapazität:Menge an Säure oder Base, die ein Puffer abfangen kann; ist eine Komponente verbraucht, ändert sich der pH-Wert stark.

Gib Salzsäure oder Natronlauge (je 1 mL, 1 mol/L) gleichzeitig in Wasser und in den Acetatpuffer. Du kannst auch den Zeiger im Diagramm ziehen (←/→ je 1 mmol). Beobachte die Teilchen und beide pH-Kurven.

Wasser gegen Puffer

Halte fest: Im Puffer werden zugegebene Oxonium- bzw. Hydroxid-Ionen von der Base bzw. der Säure des Puffers abgefangen — der pH-Wert bleibt nahe pKS, bis eine Komponente verbraucht ist.

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Allgemeine Hinweise

Puffer heißt nicht neutral

Ein Puffer hält seinen eigenen pH-Wert fest. Der Acetatpuffer bleibt bei etwa \(4{,}75\), nicht bei \(7\).

Gleiche Mengen, bester Puffer

Liegen Säure und Base in gleicher Stoffmenge vor, fängt der Puffer Säure und Base gleich gut ab — und es gilt \(\mathrm{pH} = \mathrm{p}K_S\).

Salzsäure puffert nicht

Salzsäure und Chlorid bilden keinen Puffer: \(\ce{Cl-}\) ist praktisch keine Base und fängt keine Oxonium-Ionen ab.

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