Auf den letzten Seiten wurden die Grundlagen, zum das Verhalten von Pufferlösungen
vorgestellt. Nun sollen ein konkrete Beispiele näher betrachtet werden:
Zwei Pufferlösungen unterschiedlicher Konzentration sollen einen "Säurestoss"
erhalten. Als Vergleich soll zudem einer ungepufferten NaOH-Lösung mit
dem gleichem Anfangs-pH die gleichen Menge Säure zugegeben werden.
Es liegen in unserem Beispiel ein äquimolarer 0,1 M Ammonium-Puffer
und ein zehnfach verdünnter Ammonium-Puffer vor. Spricht man von einem
äquimolaren 0,1 M Puffer, dann bedeutet dies, daß die Konzentration
der Säure und der konjugierten Base je 0,05 M ist.
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Volumen der Lösungen: je 1 Liter |
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Volumen und Konzentration der zugegebenen HCl-Lösung:
5 ml 1 M HCl |
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® Stoffmenge an
zugegebenen H3O+-Ionen: n(H3O+-zugegeben)
= 0,005 mol |
Art der Lösung
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NH4+/NH3-Puffer
0,1 M

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verdünnter
NH4+/NH3-Puffer
0,01 M

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ungepufferte
NaOH-Lösung

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Konzentrationen
NH4+/NH3
[mol/l]
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0,05 / 0,05
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0,005 / 0,005
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Anfangs-pH
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9,2
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9,2
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9,2
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Säurezugabe
[mol]
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0,005
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0,005
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0,005
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Die Anfangs-pH-Werte der beiden Pufferlösungen sind gleich (gleiches
Verhältnis der Puffersubstanzen). Der pH-Wert einer Pufferlösung
bleibt beim Verdünnen konstant.
Gesucht sind nun die pH-Werte aller drei Lösungen nach der Säurezugabe: |
Konzentrationen
NH4+/NH3
[mol/l]
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0,055 / 0,045
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» 0,010 / »
0,000
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Berechnungs-
methode
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pH = pKs + log [A]/[HA]
pH = 9,2 + log (0,045/0,055)
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pH = ½(pKS - log[HA]0)
pH = ½ (9,2 - log 0,01)
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[H3O+] »
0,005 mol
pH = -log [H3O+] = -log 0,005
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End-pH
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Diskussion:
0,1 M Puffer: Der pH-Wert verändert sich nur geringfügig. Die Zugabe
der Säure wurde abgepuffert. Der pH-Wert lässt sich über die
Henderson-Hasselbalch-Gleichung berechnen.
0,01 M Puffer: Der zehnfach verdünnte Puffer hingegen konnte den "Säurestoss"
nicht abpuffern. Das gesamte Ammoniak der Lösung wird in die konjugierte
Säure Ammonium überführt, sodass die Henderson-Hasselbalch-Gleichung
nicht mehr angewendet werden kann. Es ist eine 0,01 M NH4Cl-Lösung
entstanden. Der pH-Wert der Pufferlösung entspricht nach der Säurezugabe,
dem einer 0,01 M Säure mit pKS = 9,2 (pKS von NH4+) und lässt
sich über die Formel für den pH schwacher Säuren berechnen.
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 pH-Wert eines Liters der Pufferlösung um eine Einheit auf
der pH-Skala zu verändern. |
Ungepufferte NaOH-Lösung: Hier ist die Änderung des pH-Werts am
grössten. Die Berechnung der H3O+-Ionen-Konzentration
erfolgt über die Bilanz der Stoffmenge. Die nach der Säurezugabe
übrige Menge H3O+ ist gleich der Differenz der
Menge zugegebener Salzsäure und vorher vorliegender Menge OH.
Es gilt:
[OH]0 = 10-(14-9,2) =
10-4,8 mol/l und für 1 Liter Lösung demnach n(OH)0 = 10-4,8 mol = 0,00002 mol
n(H3O+) = n(H3O+-zugegeben) n(OH)0 = 0,005 mol - 0,00002 mol
= 0,0049 mol » 0,005 mol
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 [H3O+] mit 0,005 mol/l
angeben.
© Prof. Dr. J. Gasteiger, S. Spycher, CCC Univ. Erlangen, Fri Mar 30 11:41:58 2001 GMT
BMBF-Leitprojekt Vernetztes Studium - Chemie
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