Pufferlösungen - Technische Universität Braunschweig

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Pufferlösungen - Technische Universität Braunschweig
Pufferlösungen
ANALYTIK I
IAAC, TU-BS, 2004
Dr. Andreas Martens
[email protected]
Institut f. Anorg.u. Analyt. Chemie,
Technische Universität Braunschweig,
Braunschweig, Germany
Wiederholung: pKS und pKB
HA
H+ + A-
c(H+ ) " c(A- )
= KS
c(HA)
!
A- + H2O
HA + OH-
c(HA) " c(OH- )
= KB
c(A )
-2-
IAAC, TU-BS, 2004
!
Dr. A. MARTENS
Zusammenhang zwischen pKS und pKB:
c(H+ ) " c(A- )
= KS
c(HA)
KS " KB
!
c(HA) " c(OH- )
= KB
c(A- )
c(H+ ) " c(A- ) c(HA) " c(OH-)
=
"
c(HA)
c(A- )
!
= c(H+ ) " c(OH- )
!
= KW = 10"14mol2L"2
!
!
!
pK S + pK B = pKW = 14
-3-
IAAC, TU-BS, 2004
Dr. A. MARTENS
!
Pufferlösungen
Pufferlösungen werden aus schwachen Säuren und ihren konjugierten
Basen hergestellt. Sie können bei Änderung der H+ - Ionenkonzentration
den pH-Wert in einem begrenzten Bereich konstant halten.
HA
H+ + A-
c(H+ ) " c(A- )
= KS
c(HA)
Nach Zusatz von x molL-1 der konjugierten Base zu ihrer Säure
(Stichwort: gleichioniger Zusatz zu schwachen Säuren und Basen) im
Verhältnis!
1:1 gilt:
+
c(H+ ) = K S
-1
c(H ) " x molL
x molL-1
= KS
"
-4-
IAAC, TU-BS, 2004
!
!
!
pH = pK S
Dr. A. MARTENS
Pufferlösungen
Beispiel:
CH3COOH
H+ + CH3COO-
pKS = 4,742
Konjugiertes Säure / Base - Paar:
CH3COOH / CH3COOFür c(CH3COOH) / c(CH3COO-) im Verhältnis 1:1 gilt:
pH = pKS = 4,742
Wird jetzt die H+-Ionenkonzentration durch geringen Zusatz einer
Säure geändert, so bleibt der pH-Wert durch Rückbildung
undissoziierter Essigsäure CH3COOH dennoch annähernd gleich.
-5-
IAAC, TU-BS, 2004
Dr. A. MARTENS
Allgemeine Gleichung:
HA
H+ + A-
c(H+ ) " c(A- )
= KS
c(HA)
!
c(H+ ) = K S "
c(HA)
c(A- )
Henderson - Hasselbach - Gleichung
!
!
IAAC, TU-BS, 2004
!
pH = pK S " log
-6-
c(HA)
c(A- )
Dr. A. MARTENS
Beispiel:
Eine Pufferlösung enthalte 1,00 molL-1 Essigsäure und
1,00 molL-1 Natriumacetat. Sie hat einen pH-Wert von
pH = pKS = 4,742.
A. Welchen pH-Wert hat sie nach Zusatz von 0,01 molL-1 HCl ?
B. Welchen pH-Wert hat sie nach Zusatz von 0,01 molL-1 NaOH ?
CH3COOH
H+ + CH3COO-
-7-
IAAC, TU-BS, 2004
Dr. A. MARTENS
Berechnung der Endkonzentration bei Änderung des pH-Werts:
CH3COOH
( CH3COOH + OH-
H+ + CH3COOH2O + CH3COO- )
Die H+ - Ionenkonzentration verändert sich durch den HCl Zusatz
um x molL-1, , bzw. durch den NaOH Zusatz um y molL-1
c(CH3COOH)
c(CH3COO-)
1,00
1,00
Endkonzentration
der Lösung A (H+ Zusatz):
1,00 + x
1,00 - x
Endkonzentration
der Lösung B (OH- Zusatz):
1,00 - y
1,00 + y
Anfangskonzentration
der Pufferlösung:
IAAC, TU-BS, 2004
-8-
Dr. A. MARTENS
CH3COOH
H+ + CH3COO-
c(H+ ) " c(CH3COO- )
= KS
c(CH3COOH)
c(H+ ) = K S "
!
c(CH3COOH)
c(CH3COO-)
Henderson - Hasselbach - Gleichung
!
pH = pK S " log
c(CH3COOH)
c(CH3COO-)
pH = 4,72 " log
c(CH3COOH)
c(CH3COO- )
!
-9-
IAAC, TU-BS, 2004
Dr. A. MARTENS
!
Lösung A
pH = 4,742 " log
c(CH3COOH)
c(CH3COO- )
Endkonzentration der Lösung A nach Zusatz von 0,01 molL-1 HCl:
!
c(CH3COOH) :
1,00 + 0,01 = 1,01 molL-1
c(CH3COO-) :
1,00 - 0,01 = 0,99 molL-1
1,01 molL-1
pH = 4,742 " log
0,99 molL-1
pH = 4,733
!
Der pH-Wert der Pufferlösung ändert sich nur um (-) 0,009 Einheiten.
IAAC, TU-BS, 2004
!
- 10 -
Dr. A. MARTENS
Vergleich:
Änderung des pH-Werts von Wasser nach Zusatz von 0,01 molL-1 HCl:
pH = " log
c(H+ )
molL"1
Der Zusatz von 0,01 molL-1 HCl zu Wasser ergibt:
c(H+) = 0,01 molL-1
!
pH = " log
0,01 molL"1
= " log 10-2
"1
molL
pH = 2
!
Der pH-Wert von Wasser ändert sich um 5 Einheiten von pH = 7 auf pH = 2.
IAAC, TU-BS, 2004
!
- 11 -
Dr. A. MARTENS
Lösung B
pH = 4,742 " log
c(CH3COOH)
c(CH3COO- )
Endkonzentration der Lösung B nach Zusatz von 0,01 molL-1 NaOH:
!
c(CH3COOH) :
1,00 - 0,01 = 0,99 molL-1
c(CH3COO-) :
1,00 + 0,01 = 1,01 molL-1
0,99 molL-1
pH = 4,742 " log
1,01 molL-1
pH = 4,751
!
Der pH-Wert der Pufferlösung ändert sich nur um (+) 0,009 Einheiten.
IAAC, TU-BS, 2004
!
- 12 -
Dr. A. MARTENS
Vergleich:
Änderung des pH-Werts von Wasser nach Zusatz von 0,01 molL-1 NaOH:
pOH = " log
c(OH- )
molL"1
Der Zusatz von 0,01 molL-1 NaOH zu Wasser ergibt:
!
c(OH-) = 0,01 molL-1
0,01 molL"1
pOH = " log
= " log 10-2
"1
molL
pOH = 2
pH = 14 " pOH = 14 " 2 = 12
!
Der pH-Wert von Wasser
! ändert sich um 5 Einheiten von pH = 7 auf pH = 12.
IAAC, TU-BS, 2004
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!
Dr. A. MARTENS
Puffer lassen sich sowohl für den sauren, als auch für den
alkalischen Bereich herstellen.
Beispiel:
CH3COOH / CH3COO-
pH = pKS = 4,742
NH4+ / NH3
pKB = 4,74
pH = pKS = 14 - pKB = 9,26
c(NH+
4)
pH = pK S " log
c(NH3 )
!
pH = 9,26 " log
c(NH+
4)
c(NH3 )
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IAAC, TU-BS, 2004
!
Dr. A. MARTENS

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