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

umformen ®

logarithmieren ®

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

Liegt zum Beispiel in einem Acetat-Puffer Essigsäure mit einer Konzentration von 0,1 mol/l und Acetat mit 0,5 mol/l 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 = pK_S. Die Pufferlösung kann bei diesem pH-Wert Säuren- und Basenzugaben gleich gut abpuffern. Liegt die Säure in zehnfach höherer Konzentration vor, so gilt pH = pK_S - 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 = pK_S ± 1 (= Pufferbereich).

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

© Prof. Dr. J. Gasteiger, S. Spycher, CCC Univ. Erlangen, Fri Mar 30 11:41:57 2001 GMT
 BMBF-Leitprojekt Vernetztes Studium - Chemie