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Pufferdefinition – Chemie und Biologie

Ein Puffer ist eine  Lösung, die entweder eine schwache Säure und ihr Salz oder eine schwache Base und ihr Salz enthält. das gegen Änderungen des pH-Werts resistent ist . Mit anderen Worten ist ein Puffer eine wässrige Lösung entweder einer schwachen Säure und ihrer konjugierten Base oder einer schwachen Base und ihrer konjugierten Säure. Ein Puffer kann auch als pH-Puffer, Wasserstoffionenpuffer oder Pufferlösung bezeichnet werden.

Puffer werden verwendet, um einen stabilen pH-Wert in einer Lösung aufrechtzuerhalten, da sie kleine Mengen zusätzlicher Basensäure neutralisieren können. Für eine gegebene Pufferlösung gibt es einen Arbeits-pH-Bereich und eine festgelegte Menge an Säure oder Base, die neutralisiert werden kann, bevor sich der pH-Wert ändert. Die Menge an Säure oder Base, die einem Puffer vor Änderung seines pH-Werts zugesetzt werden kann, wird als Pufferkapazität bezeichnet.

Die Henderson-Hasselbalch-Gleichung kann verwendet werden, um den ungefähren pH-Wert eines Puffers zu messen. Um die Gleichung zu verwenden, wird anstelle der Gleichgewichtskonzentration die Anfangskonzentration oder stöchiometrische Konzentration eingegeben.

Die allgemeine Form einer chemischen Pufferreaktion ist:

HA ⇌ H +  + A

 

Beispiele für Puffer

Wie bereits erwähnt, sind Puffer in bestimmten pH-Bereichen nützlich. Hier ist zum Beispiel der pH-Bereich gängiger Puffermittel:

Wenn eine Pufferlösung hergestellt wird, wird der pH-Wert der Lösung eingestellt, um sie in den richtigen effektiven Bereich zu bringen. Typischerweise wird eine starke Säure wie Salzsäure (HCl) zugesetzt, um den pH-Wert von sauren Puffern zu senken. Eine starke Base wie Natriumhydroxidlösung (NaOH) wird zugesetzt, um den pH-Wert von alkalischen Puffern zu erhöhen.

 

Wie Puffer funktionieren

Um zu verstehen, wie ein Puffer funktioniert, betrachten Sie das Beispiel einer Pufferlösung, die durch Auflösen von Natriumacetat in Essigsäure hergestellt wird. Essigsäure ist (wie Sie dem Namen entnehmen können) eine Säure: CH 3 COOH, während das Natriumacetat in Lösung dissoziiert und die konjugierte Base Acetationen von CH 3 COO ergibt . Die Gleichung für die Reaktion lautet:

CH 3 COOH (aq) + OH (aq) ⇆ CH 3 COO (aq) + H 2 O (aq)

Wenn dieser Lösung eine starke Säure zugesetzt wird, neutralisiert das Acetation sie:

CH 3 COO (aq) + H + (aq) ⇆ CH 3 COOH (aq)

Dies verschiebt das Gleichgewicht der anfänglichen Pufferreaktion und hält den pH-Wert stabil. Eine starke Base würde dagegen mit der Essigsäure reagieren.

 

Universelle Puffer

Die meisten Puffer arbeiten über einen relativ engen pH-Bereich. Eine Ausnahme bildet Zitronensäure, da sie drei pKa-Werte aufweist. Wenn eine Verbindung mehrere pKa-Werte aufweist, wird ein größerer pH-Bereich für einen Puffer verfügbar. Es ist auch möglich, Puffer zu kombinieren, vorausgesetzt, ihre pKa-Werte liegen nahe beieinander (um 2 oder weniger unterschiedlich), und den pH-Wert mit einer starken Base oder Säure einzustellen, um den erforderlichen Bereich zu erreichen. Zum Beispiel wird McIvaines Puffer hergestellt, indem Gemische aus Na 2 PO 4 und Zitronensäure kombiniert werden. Abhängig vom Verhältnis zwischen den Verbindungen kann der Puffer von pH 3,0 bis 8,0 wirksam sein. Eine Mischung aus Zitronensäure, Borsäure, Monokaliumphosphat und Diethylbarbituinsäure kann den pH-Bereich von 2,6 bis 12 abdecken!

 

Buffer Key Takeaways

  • Ein Puffer ist eine wässrige Lösung, die verwendet wird, um den pH-Wert einer Lösung nahezu konstant zu halten.
  • Ein Puffer besteht aus einer schwachen Säure und ihrer konjugierten Base oder einer schwachen Base und ihrer konjugierten Säure.
  • Die Pufferkapazität ist die Menge an Säure oder Base, die hinzugefügt werden kann, bevor sich der pH-Wert eines Puffers ändert.
  • Ein Beispiel für eine Pufferlösung ist Bicarbonat im Blut, das den körpereigenen pH-Wert aufrechterhält.

 

Quellen

  • Butler, JN (1964). Ionengleichgewicht: Ein mathematischer Ansatz . Addison-Wesley. p. 151.
  • Carmody, Walter R. (1961). „Leicht zubereitete Weitbereichspufferserie“. J. Chem. Educ . 38 (11): 559–560. doi: 10.1021 / ed038p559
  • Hulanicki, A. (1987). Reaktionen von Säuren und Basen in der analytischen Chemie . Übersetzt von Masson, Mary R. Horwood. ISBN 0-85312-330-6.
  • Mendham, J.; Denny, RC; Barnes, JD; Thomas, M. (2000). „Anhang 5“. Vogel’s Lehrbuch für quantitative chemische Analyse (5. Aufl.). Harlow: Pearson Education. ISBN 0-582-22628-7.
  • Scorpio, R. (2000). Grundlagen von Säuren, Basen, Puffern und deren Anwendung auf biochemische Systeme . ISBN 0-7872-7374-0.

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