Pufferwirksamkeit

Die Wirksamkeit eines Puffers, einer pH-Änderung zu widerstehen, hängt vom Konzentrationsverhältnis der schwachen Säure und ihrer konjugierten Base oder der schwachen Base und ihrer konjugierten Säure sowie von ihren absoluten Konzentrationen ab.

Der Pufferbereich ist der pH-Bereich, der eine signifikante Erhöhung oder Abnahme des pH-Werts bei Zugabe einer Säure oder Base verhindert. Der Bereich ist eine Einheit höher oder kleiner als pK_a.

Um ein wirksamer Puffer zu sein, sollte daher das Verhältnis von schwacher Säure zu Base oder schwacher Base zu Säure zwischen 10 zu 1 und 1 zu 10 liegen.

Die Henderson-Hasselbalch-Gleichung kann gelöst werden, um diese Werte zu unterstützen. Wenn die Konzentration der Säure zehnmal so hoch ist wie die der Base, ist der pH-Wert 1 Einheit niedriger als der pK_a. Wenn die Konzentration der Base dagegen zehnmal so hoch ist wie die der Säure, ist der pH-Wert 1 Einheit höher als der pK_a.

Ein Puffer ist in der Mitte seines Pufferbereichs am effektivsten, wenn die Konzentration der schwachen Säure und der konjugierten Base gleich ist und der pH-Wert gleich pK_a ist. Mit zunehmender Differenz zwischen den Mengen der schwachen Säure und der Base verliert der Puffer an Wirkung.

Daher ist Puffer A, der jeweils 1 molare Essigsäure und Acetat enthält, wirksamer als Puffer B, der 0,1 molare Essigsäure und 1 molare Acetat enthält.

Auch die absolute Konzentration einer schwachen Säure und der Base bestimmt die Wirksamkeit des Puffers. Je höher die Konzentration der schwachen Säure und Base ist, desto stärker kann sie die Säure oder Base neutralisieren.

Daher ist ein Puffer mit je 1 molar Ameisensäure und Formiat wirksamer als ein Puffer mit jeweils 0,1 molaren Molekülen.

Die Pufferkapazität ist die Menge einer starken Säure oder Base, die ein Puffer neutralisieren kann, bevor sich sein pH-Wert signifikant ändert. Daher erhöht sich die Pufferkapazität sowohl bei höheren Konzentrationen einer schwachen Säure und ihrer konjugierten Base als auch bei Annäherung des Verhältnisses einer schwachen Säure an die Base.