Puffer

Ein Puffer in einer Lösung hält den pH-Wert stabil. Bei Zugabe einer Säure oder Base ändert sich der pH-Wert nur gering.


Erklärung

Ein Puffer besteht oft aus

  • schwacher Säure mit konjugierter Base

oder

  • schwacher Base mit konjugierter Säure

Diese konjugierten Säure-Basen-Paare stehen im Gleichgewicht zueinander.

Bei Zugabe von Säuren oder Basen werden die zugefügten Hydroxid-Ionen \text{(OH}^-)(OH)\text{(OH}^-) oder Oxonium-Ionen \text{(H}_{3}\text{O}^+)(H3O+)\text{(H}_{3}\text{O}^+) abgefangen. Das heißt die Hydoxid- oder Oxonium-Ionen reagieren mit der Säure oder Base des Puffers. Ihre Konzentration steigt nicht an und der pH-Wert ändert sich nur wenig.

Je nachdem welcher pH-Wert konstant gehalten werden soll, wählt man verschiedene Puffer. Der pKs-Wert des Puffers sollte ± 1 Einheit um den pH-Wert liegen.

Puffer

chemische Formeln (Säure/ konj. Base)

pKs-Wert

Acetat-Puffer

\text{CH}_{3}\text{COOH}\text{/}\text{CH}_{3}\text{COO}^{-}CH3COOH/CH3COO\text{CH}_{3}\text{COOH}\text{/}\text{CH}_{3}\text{COO}^{-}

4,75

Hydrogencarbonat-Puffer

\text{H}_{2}\text{CO}_{3} / \text{HCO}_{3}\,^-\text{H}_{2}\text{CO}_{3} / \text{HCO}_{3}\,^-

6,35

Phosphat-Puffer

\text{H}_{2}\text{PO}_{4}\,^-/ \text{HPO}_{4}\,^{2-}\text{H}_{2}\text{PO}_{4}\,^-/ \text{HPO}_{4}\,^{2-}

7,21

Ammoinak-Puffer

\text{NH}_{4}\,^+/\text{NH}_{3}\text{NH}_{4}\,^+/\text{NH}_{3}

9,25


Beispiel

Acetat-Puffer

Das Protolysegleichgewicht sieht so aus:

\text{Essigsäure}+\text{Wasser} \rightleftharpoons \text{Acetat-Ion} +\text{Oxonium-Ionen}Essigsa¨ure+WasserAcetat-Ion+Oxonium-Ionen\text{Essigsäure}+\text{Wasser} \rightleftharpoons \text{Acetat-Ion} +\text{Oxonium-Ionen}\text{CH}_{3}\text{COOH}+\text{H}_{2}\text{O}\rightleftharpoons \text{CH}_{3}\text{COO}^{-} + \text{H}_{3}\text{O}^{+}CH3COOH+H2OCH3COO+H3O+\text{CH}_{3}\text{COOH}+\text{H}_{2}\text{O}\rightleftharpoons \text{CH}_{3}\text{COO}^{-} + \text{H}_{3}\text{O}^{+}

Bei Zugabe von Säure wird die Konzentration der H₃O⁺-Ionen erhöht. Dadurch verläuft verstärkt die Rückreaktion ab.

\text{CH}_{3}\text{COO}^{-} + \text{H}_{3}\text{O}^{+} \xrightarrow{}\text{CH}_{3}\text{COOH}+\text{H}_{2}\text{O}CH3COO+H3O+CH3COOH+H2O\text{CH}_{3}\text{COO}^{-} + \text{H}_{3}\text{O}^{+} \xrightarrow{}\text{CH}_{3}\text{COOH}+\text{H}_{2}\text{O}

Die zugefügten H₃O⁺-Ionen reagieren mit den Acetat-Ionen zu Essigsäure und Wasser. Die Konzentration der H₃O⁺-Ionen nimmt daher wieder ab und wir erreichen eine Konzentration ähnlich wie vor Zugabe der Säure.

Bei Zugabe von einer Base wird die Konzentration von OH⁻-Ionen erhöht. Dadurch verläuft verstärkt die Hinreaktion ab.

\text{CH}_{3}\text{COOH}+\text{OH}^- \xrightarrow{}\text{CH}_{3}\text{COO}^{-} + \text{H}_{2}\text{O}CH3COOH+OHCH3COO+H2O\text{CH}_{3}\text{COOH}+\text{OH}^- \xrightarrow{}\text{CH}_{3}\text{COO}^{-} + \text{H}_{2}\text{O}

Die zugefügten OH⁻-Ionen reagieren mit der Essigsäure zu Acetat-Ionen und Wasser. Die Konzentration der OH⁻-Ionen nimmt daher wieder ab und wir erreichen eine ähnliche Anfangskonzentration.

Anwendungsbeispiel

Blut

Im Blut befindet sich eine Mischung aus vier Puffersystemen. Zwei davon sind der Hydrogencarbonat-Puffer und der Phosphat-Puffer. Außerdem wirken Hämoglobin und Plasmaproteine als Puffer.

Puffer sind wichtig, da Proteine und Enzyme nur bei bestimmten pH-Werten optimal arbeiten können.

Durch die Puffer bleibt der pH-Wert im Blut bei pH=7,35-7,45.

Boden

Im Boden kann es aufgrund von saurem Regen zu Bodenversäuerung kommen. Puffer im Boden sorgen dafür, dass der Säuregehalt reguliert wird.

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