Puffer und Henderson-Hasselbalch
Ein Puffer besteht aus einer schwachen Säure und ihrer korrespondierenden Base. Er fängt zugegebene Säure oder Base ab, weil sie nur das Verhältnis der beiden Partner verschiebt.
Formeln und Regeln
- pH = pKs + lg(c(Base) / c(Säure))
- Gleich viel Säure und Base: pH = pKs
- Zugabe von starker Säure: Base nimmt ab, Säure nimmt zu (um dieselbe Stoffmenge)
- Zugabe von starker Base: Säure nimmt ab, Base nimmt zu
- Gute Pufferwirkung etwa im Bereich pKs ± 1
Jetzt selbst rechnen
Drei Aufgaben zu diesem Thema. Zahlen wie 12,5 oder 1.250 eintippen, Elastizitäten mit Vorzeichen.
Aufgabe
Ein Puffer aus Kohlensäure/Hydrogencarbonat (pKs = 6,35) soll den pH-Wert 6,55 haben. In welchem Verhältnis c(HCO₃⁻) / c(H₂CO₃) müssen Base und Säure vorliegen?
Verhältnis Base / Säure (2 Nachkommastellen)
Welche Komponente muss überwiegen?
Zahlen wie 12,5 oder 0,025; so viele Nachkommastellen wie angegeben. Massen und Stoffmengen zählen mit 1 % Spielraum, pH-Werte mit ±0,02.
Beispiel mit Rechenweg
Ein Puffer aus Dihydrogenphosphat/Hydrogenphosphat enthält c(H₂PO₄⁻) = 0,2 mol/L und c(HPO₄²⁻) = 0,1 mol/L (pKs = 7,21). Berechne den pH-Wert.
Rechenweg
- 1.Henderson-Hasselbalch: pH = pKs + lg(c(Base) / c(Säure))
- 2.pH = 7,21 + lg(0,1 / 0,2) = 7,21 + (−0,301) = 6,91
Typischer Fehler: Säure und Base im Bruch vertauschen. Oben steht die korrespondierende Base: Mehr Base macht den Puffer basischer.
1 L Puffer aus Ammonium/Ammoniak (pKs = 9,25) enthält 0,3 mol NH₄⁺ und 0,15 mol NH₃. Es werden 0,05 mol Salzsäure (HCl) zugegeben (Volumenänderung vernachlässigen). Berechne den pH-Wert vorher und nachher.
Rechenweg
- 1.pH = 9,25 + lg(0,15 / 0,3) = 8,95
- 2.Die starke Säure reagiert mit der Base: NH₃ wird zu NH₄⁺. n(Base) = 0,15 − 0,05 = 0,1 mol, n(Säure) = 0,3 + 0,05 = 0,35 mol
- 3.pH = 9,25 + lg(0,1 / 0,35) = 8,71
Typischer Fehler: Die zugegebene Säure oder Base direkt in pH = −lg c einsetzen. Im Puffer wird sie verbraucht und verschiebt nur das Verhältnis von Säure und Base.
Häufige Fragen
Darf ich Stoffmengen statt Konzentrationen einsetzen?
Ja, wenn beide im selben Volumen gelöst sind: Das Volumen kürzt sich im Bruch heraus.
Warum ändert sich der pH-Wert im Puffer so wenig?
Die zugegebenen H₃O⁺- oder OH⁻-Ionen reagieren mit dem Puffer und verschwinden; es ändert sich nur das Verhältnis Base zu Säure, und das geht logarithmisch ein.