16.4: Berechnung von pH-Änderungen in einer Pufferlösung

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Calculating pH Changes in a Buffer Solution

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02:45 min

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September 24, 2020

Ein Puffer kann einen plötzlichen Abfall oder Anstieg des pH-Werts einer Lösung nach der Zugabe einer starken Säure oder Base bis zu ihrer Pufferkapazität verhindern; eine solche Zugabe einer starken Säure oder Base führt jedoch zu einer geringfügigen Änderung des pH-Werts der Lösung. Die geringe pH-Änderung kann berechnet werden, indem die resultierende Änderung der Konzentration von Pufferkomponenten, d. h. einer schwachen Säure und ihrer konjugierten Base oder umgekehrt, bestimmt wird. Die mit diesen stöchiometrischen Berechnungen erhaltenen Konzentrationen können verwendet werden, um den endgültigen pH-Wert der Lösung unter Verwendung der Henderson-Hasselbalch-Gleichung oder einer ICE-Tabelle zu bestimmen.

Zum Beispiel enthält eine gepufferte Lösung 0,65 mol Ameisensäure und Natriumformiat. Da die Konzentration der schwachen Säure und ihrer konjugierten Base hier gleich ist, ist der pH-Wert der Lösung gleich dem pK_a der schwachen Säure, der in diesem Fall 3,74 beträgt. Wenn 0,05 mol HNO₃ in diese Lösung gegeben wird, können die resultierenden Änderungen in der Konzentration der Ameisensäure und des Natriumformiats durch stöchiometrische Berechnungen bestimmt werden, wie in der nachstehenden Tabelle gezeigt.

	H⁺(aq)	HCOO⁻(aq)	HCOOH (aq)
Vor dem Hinzufügen (M)	~0.00 mol	0.65 mol	0.65 mol
Addition (M)	0.050 mol	–	–
Nach dem Hinzufügen (M)	~0.00 mol	0.60 mol	0.70 mol

Der endgültige pH-Wert der Lösung kann dann bestimmt werden, indem geänderte Konzentrationen von Ameisensäure und Natriumformiat in die Henderson-Hasselbalch-Gleichung eingefügt werden.

Somit senkt die Zugabe von 0,05 mol HNO₃den pH-Wert der Lösung von 3,74 auf 3,67.

Wenn 0,10 mol NaOH in dieselbe Lösung gegeben werden, können die resultierenden Änderungen in der Konzentration der Ameisensäure und des Natriumformiats durch stöchiometrische Berechnungen bestimmt werden, wie in der nachstehenden Tabelle gezeigt.

	OH⁻ (aq)	HCOOH (aq)	HCOO⁻ (aq)	H₂O (l)
Vor dem Hinzufügen (M)	~0.00 mol	0.65 mol	0.65 mol	–
Addition (M)	0.10 mol	–	–	–
Nach dem Hinzufügen (M)	~0.00 mol	0.55 mol	0.75 mol	–

Der endgültige pH-Wert der Lösung kann dann bestimmt werden, indem geänderte Konzentrationen von Ameisensäure und Natriumformiat in die Henderson-Hasselbalch-Gleichung eingefügt werden.