Pufferlösungen

Pufferlösung

Ein Puffer ist eine Lösung, die den pH-Wert bei Zugabe von Säuren oder Basen weitgehend konstant hält. Er besteht aus:

• einer schwachen Säure und ihrer konjugierten Base (z. B. Essigsäure/Acetat)
• oder einer schwachen Base und ihrer konjugierten Säure (z. B. NH₃/NH₄⁺, Bicarbonat HCO₃⁻/H₂CO₃)

Verschiedene Pufferlösungen und ihre pH-Bereiche

Funktionsweise von Pufferlösungen

Pufferlösungen stabilisieren den pH-Wert, indem sie überschüssige Wasserstoffionen (H⁺) oder Hydroxidionen (OH⁻) aus der Lösung abfangen.

• Bei Zugabe einer Säure (liefert H⁺-Ionen): → Die basische Komponente des Puffers reagiert mit den H⁺-Ionen. → Die H⁺-Ionen werden gebunden, und der pH-Wert bleibt weitgehend konstant.
• Bei Zugabe einer Base (liefert OH⁻-Ionen): → Die saure Komponente des Puffers reagiert mit den OH⁻-Ionen. → Die OH⁻-Ionen werden neutralisiert, z. B. durch Bildung von Wasser, wodurch der pH-Wert stabil bleibt.

Herstellung einer Pufferlösung

Für die korrekte Herstellung einer Pufferlösung sollten die folgenden Schritte ausgeführt werden:

1. Abmessen der Komponenten

Die Mengen der einzelnen Komponenten für das gewünschte Endvolumen des Puffers sollten berechnet werden. Dabei ist auf stoffmengen-, massen- und volumenbezogene Konzentrationen (inklusive der erforderlichen Umrechnungen) zu achten. Die molare Masse einer Substanz wird unter Einbezug des vorhandenen Kristallwassers berücksichtigt.

2. Lösen der Komponenten

Das Lösungsmittelvolumen sollte ca. 70–80 % des Endvolumens betragen, um eine spätere pH-Anpassung zu ermöglichen.

Das Lösungsmittel wird in ein Becherglas vorgelegt, ein Rührfisch hinzugefügt und das Becherglas auf den Magnetrührer gestellt. Anschliessend werden die weiteren Komponenten des Puffers zugegeben. Feststoffe müssen vollständig gelöst sein.

3. Einstellen des pH-Werts

Zum Einstellen des pH-Werts verwendet man am besten eine Säure oder Base, die keine neuen Ionen in die Lösung einbringt, also z. B. $\mathrm{HCl}$ bei Puffern, in denen schon $\mathrm{Cl^-}$-Ionen vorhanden sind, $\mathrm{H_3PO_4}$ bei Phosphatpuffern sowie $\mathrm{NaOH}$ oder $\mathrm{KOH}$ als Basen bei $\mathrm{Na^+}$- bzw. $\mathrm{K^+}$-haltigen Puffern.

Starke Säuren und Basen sind besser geeignet als schwächere (z. B. $\mathrm{CH_3COOH}$ (Essigsäure), $\mathrm{H_3PO_4}$, $\mathrm{NH_3}$), da sie beim Einstellen des pH-Werts die Ionenstärke weniger verändern.

Auf jeden Fall sollte man nach der Zugabe einen Moment warten, bis die zugegebene Säure oder Base gut gelöst und eingemischt ist, sodass der gemessene pH-Wert konstant ist.

4. Auffüllen auf das Endvolumen

Nach dem vollständigen Lösen wird die Lösung in einen Messzylinder übertragen. Das Becherglas wird mit einer kleinen Menge Wasser (ca. 10 % des Endvolumens) nachgespült, um Rückstände aufzunehmen. Diese Spülflüssigkeit wird ebenfalls in den Messzylinder gegeben. Anschliessend wird das Endvolumen im Messzylinder mit Lösungsmittel aufgefüllt.

5. Gebrauch oder Aufbewahren

Den Puffer in ein geeignetes Gefäss abfüllen und das Gefäss beschriften (Name, Datum, pH etc.). Bei Raumtemperatur lagern.

Prüfen Sie zum Abschluss, ob Sie den Ablauf verinnerlicht haben: