Berechnung von pH-Änderungen in einer Pufferlösung

Eine leichte pH-Änderung tritt in einer Pufferlösung auf, wenn eine kleine Menge starker Säure oder eine kleine Menge starker Base hinzugefügt wird.

Diese pH-Änderung wird in zwei verschiedenen Schritten berechnet.

Zunächst wird eine stöchiometrische Berechnung verwendet, um die Änderung der Konzentrationen zu bestimmen.

Dann wird eine Gleichgewichtsberechnung verwendet, um den neuen pH-Wert der Lösung zu bestimmen, entweder unter Verwendung einer ICE-Tabelle oder der Henderson-Hasselbalch-Gleichung.

Der pH-Wert eines Puffers, der 2,0 M Flusssäure und Natriumfluorid enthält, kann vor und nach Zugabe einer starken Säure oder Base berechnet werden.

Die Henderson-Hasselbalch-Gleichung kann verwendet werden, um den anfänglichen pH-Wert dieses Puffers zu bestimmen, da die Konzentrationen im Verhältnis zum K_a der schwachen Säure hoch sind und die Änderung der Konzentrationen weniger als 5 % beträgt.

Der pK_a für Flusssäure kann mit 3,46 berechnet werden. Wenn die Konzentration der schwachen Säure und der konjugierten Base in einer Lösung gleich ist, ist der pH-Wert gleich pK_a. Daher liegt der anfängliche pH-Wert bei 3,46.

Wenn 0,2 Mol Salzsäure zu einem Liter dieses Puffers hinzugefügt werden, unter der Annahme, dass dies eine vernachlässigbare Volumenänderung verursacht, wird die zugesetzte Säure durch die Fluoridionen neutralisiert, wodurch Flusssäure entsteht. Dies führt zu einer stöchiometrischen Abnahme der Konzentration von Fluoridionen um 0,2 Mol und einer gleichen Erhöhung der Flusssäurekonzentration.

Die neuen Konzentrationen können in die Henderson-Hasselbalch-Gleichung eingefügt werden. Wenn er gelöst ist, liegt der neue pH-Wert bei 3,37 und damit unter dem ursprünglichen pH-Wert von 3,46.

Durch die Zugabe starker Säure kommt es zu einer Abnahme des pH-Werts, die jedoch gering ist, da die Lösung gepuffert ist.

Im Gegensatz dazu wird bei Zugabe von 0,1 Mol Natriumhydroxid zu einem Liter des Puffers unter der Annahme, dass dies eine vernachlässigbare Volumenänderung verursacht, die zugesetzte Base durch Reaktion mit Flusssäure neutralisiert. Dies führt zu einer stöchiometrischen Abnahme der Flusssäurekonzentration um 0,1 Mol und einer gleichmäßigen Erhöhung der Fluoridionen.

Unter Verwendung der Henderson-Hasselbalch-Gleichung beträgt der pH-Wert der Lösung 3,50, was aufgrund der Zugabe von Natriumhydroxid etwas höher ist als der anfängliche pH-Wert von 3,46.