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.

–	Volumen der Lösungen: je 1 Liter
–	Volumen und Konzentration der zugegebenen HCl-Lösung: 5 ml 1 M HCl
	®   Stoffmenge an zugegebenen H3O+-Ionen: n(H3O+-zugegeben) = 0,005 mol

Art der Lösung	NH4+/NH3-Puffer 0,1 M		verdünnter NH4+/NH3-Puffer 0,01 M		ungepufferte NaOH-Lösung
Konzentrationen NH4+/NH3 [mol/l]	0,05 / 0,05		0,005 / 0,005		–
Anfangs-pH	9,2		9,2		9,2
Säurezugabe [mol]		0,005		0,005		0,005
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]	0,055 / 0,045		» 0,010 / » 0,000		–
Berechnungs- methode	pH = pKs + log [A–]/[HA] pH = 9,2 + log (0,045/0,055)		pH = ½(pKS - log[HA]0) pH = ½ (9,2 - log 0,01)		[H3O+] » 0,005 mol pH = -log [H3O+] = -log 0,005
End-pH

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 pK_S = 9,2 (pK_S 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