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Pufferlösungen – warum ändert sich der pH-Wert kaum?

ChemieSäuren, Basen und TitrationAlter 16–17

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Geben Sie Tropfen HCl oder NaOH in zwei Bechergläser, destilliertes Wasser und eine Pufferlösung (CH₃COOH/CH₃COO⁻, NH₄⁺/NH₃, H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻ oder den Kohlensäure-Hydrogencarbonat-Puffer des Blutes), und vergleichen Sie den pH-Wert. Eine Lupe und Stoffmengenbalken zeigen, wie Säure- und Baseform des Puffers ineinander übergehen, die Henderson-Hasselbalch-Gleichung pH = pKa + lg([A⁻]/[HA]) und den Moment, in dem die Pufferkapazität erschöpft ist.

Lektion: Pufferlösungen – Henderson-Hasselbalch-Gleichung und Pufferkapazität

Was sie zeigt

Ein Puffer enthält eine schwache Säure und ihre korrespondierende Base in ähnlichen, nennenswerten Mengen. Zugegebene H⁺-Ionen werden von der Base aufgenommen, zugegebene OH⁻-Ionen von der schwachen Säure neutralisiert, sodass sich der pH-Wert kaum ändert, bis eine Komponente fast verbraucht ist. Die Simulation berechnet den pH-Wert exakt aus der Ladungsbilanz und vergleicht ihn mit der Henderson-Hasselbalch-Gleichung. Reines Wasser nimmt keine Ionen auf und ändert seinen pH-Wert schon nach wenigen Tropfen um mehrere Einheiten. Der Blutpuffer zeigt, wie der pH-Wert bei etwa 7,4 bleibt.

So funktioniert es

Wählen Sie ein Puffersystem, stellen Sie Gesamtkonzentration und das Verhältnis von Baseform zu Säureform ein. Drücken Sie +1 Tropfen HCl, +10 Tropfen HCl, +1 Tropfen NaOH oder +10 Tropfen NaOH, oder tippen Sie auf die linke oder rechte Bildhälfte. Vergleichen Sie die pH-Meter und ΔpH, beobachten Sie Lupe und Stoffmengenbalken und verfolgen Sie das Diagramm des pH-Werts gegen die Tropfenzahl. Schalten Sie Theoriekurven ein, um die ganze Kurve und den Pufferbereich zu sehen.

Einstellbare Parameter

  • Puffersystem CH₃COOH / CH₃COO⁻ (pKa = 4,76), NH₄⁺ / NH₃ (pKa = 9,25), H₂PO₄⁻ / HPO₄²⁻ (pKa = 7,21), H₂CO₃ / HCO₃⁻ – Blutpuffer (pKa = 6,1 bei 37 °C)
  • Gesamtkonzentration des Puffers 0,01–0,5 M
  • Verhältnis [Baseform]/[Säureform] 0,1–20
  • Theoretische pH-Kurven anzeigen

Fragen zum Erkunden

  1. Warum ändert ein Tropfen HCl den pH-Wert von destilliertem Wasser viel stärker als den des Puffers?
  2. Wie ändern sich Pufferkapazität und Anfangs-pH, wenn Sie die Gesamtkonzentration erhöhen?
  3. Puffert das Blut mit HCO₃⁻/H₂CO₃ = 20 zugegebene Säure oder zugegebene Base besser ab?

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