Pufferlösungsmaterial: Prinzipien, Typen, Beispielaufgaben

Eines der in Chemie besprochenen Materialien ist eine Pufferlösung, die eine wichtige Rolle bei der Stabilisierung des pH-Werts spielt, sowohl im Körper als auch bei bestimmten chemischen Reaktionen. Diese Lösung wird auch als Puffer oder Pufferlösung bezeichnet.

Pufferlösungen werden häufig in Produkte des täglichen Lebens eingearbeitet. Ein einfaches Beispiel sind Augentropfen, die kein Brennen verursachen, wenn sie in das Auge getropft werden. Wie ist es passiert? Das Folgende ist eine detaillierte Beschreibung der Pufferlösung.

Definition von Pufferlösung

Eine Pufferlösung ist eine Lösung, die bei Zugabe den pH-Wert überhaupt nicht verändert Wasser und ändert sich kaum, wenn es mit Säuren oder Basen in hohen Konzentrationen gemischt wird niedrig.

Mit anderen Worten, diese als Puffer bezeichnete Lösung hat einen pH-Wert, der tendenziell stabil ist, selbst wenn andere Flüssigkeiten hinzugefügt werden. Beispielsweise bleibt ein Puffer mit einem pH-Wert von 5 nach dem Mischen mit Wasser auf dem gleichen Niveau.

Der Puffer mit einem pH-Wert von 5 ändert sich normalerweise erst nach Zugabe einer kleinen Menge Säure- oder Basenlösung auf einen Wert von 5,1 oder 4,9. Es gibt also keine Änderung des pH-Werts, um zu hoch oder zu niedrig zu sein.

Eigenschaften der Pufferlösung

Eine einfache Möglichkeit, Puffer zu identifizieren und von anderen Arten von Lösungen zu unterscheiden, besteht darin, ihre Eigenschaften zu kennen. Zu den Merkmalen von Puffern gehören:

1. Hat die Fähigkeit, den anfänglichen pH-Wert trotz der Zugabe anderer Lösungen wie Wasser, starker Basen oder starker Säuren mit bestimmten Konzentrationen aufrechtzuerhalten;
2. Kann den anfänglichen pH-Wert beibehalten, selbst wenn die Lösung einem Verdünnungsprozess unterzogen wird;
3. Die Fähigkeit, den pH-Wert aufrechtzuerhalten, ist größer, wenn er eine große Anzahl von Molen hat;
4. Kann den Ka-Wert sowohl bei sich häufig ändernder Temperatur als auch bei konstanter Temperatur halten.

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Prinzip der Pufferlösung

Bitte beachten Sie, dass Puffer in 2 Typen eingeteilt werden, nämlich saure und basische Lösungen. Was bedeutet das?

• Säurepuffer ist eine Art Lösung, die aus einer Mischung aus schwacher Säure und ihrer konjugierten Base hergestellt wird, so dass sie den anfänglichen pH-Wert unter sauren Bedingungen wirksam aufrechterhält;
  Ein Beispiel für einen Säurepuffer ist CH₃COOH und CH₃GURREN^– oder CH₃COOH und CH₃COONa, HF und NaF sowie NaH₂PO₄ und NaHPO₄.
• Basenpuffer ist eine Art Lösung, die aus einer schwachen Base und ihrer konjugierten Säure besteht, die so gemischt wird, dass sie in der Lage ist, den anfänglichen pH-Wert unter alkalischen Bedingungen aufrechtzuerhalten.
  Ein Beispiel für einen Basispuffer ist N₂H₄ und N₂H₅⁺ sowie NH₃ und NH₄⁺.

Säuren und Basen, gemischt mit ihren jeweiligen Konjugaten, führen zu einem ionischen Gleichgewicht in Wasser. Dadurch ist die Pufferlösung in der Lage, den pH-Wert in einem bestimmten Bereich zu halten, ohne sich stark zu verändern.

Wie funktioniert es dann? Hier ist eine einfache Illustration zur Verdeutlichung:

• Wenn die Mischung aus schwachen Basen (NH₄OH) und seine konjugierte Säure zu einer kleinen Menge Base gegeben werden, findet eine Reaktion durch das OH-Ion statt.^– und positive Ionen aus der konjugierten Säure (NH₄⁺);
• Wenn das Gemisch schwacher Säuren (CH₃COOH) und seine konjugierte Base (CH₃GURREN^–) zu einer relativ kleinen Menge Säurelösung gegeben wird, findet eine Reaktion zwischen H.-Ionen statt⁺ und negative Ionen von der konjugierten Base (CH₃GURREN^–).

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Pufferlösungsfunktion

Im Alltag haben Puffer einen sehr wichtigen Nutzen für Mensch und Pflanze. Welche Funktionen sind vorgesehen?

• Bei Pflanzen werden Puffer verwendet, um den pH-Wert in Pflanzen auszugleichen, die mit einem Hydrokultursystem kultiviert werden. Ausgeglichene pH-Werte wirken sich positiv auf die Pflanzenentwicklung aus;
• Beim Menschen spielen Puffer eine Rolle dabei, den pH-Wert des Blutes unverändert zu halten. Der pH-Wert im Blut wird richtig gehalten, damit Stoffwechselvorgänge im Körper reibungslos ablaufen. Die Typen sind Hämoglobinpuffer, Phosphatpuffer und Carbonatpuffer;
• Für den Menschen haben Puffer noch eine weitere Funktion, nämlich die Aufrechterhaltung eines konstanten pH-Wertes im Mund, damit es nicht zu Karies kommt. Die Lösung zur Aufrechterhaltung des pH-Wertes wird durch Speichel freigesetzt, damit die Säure aus der Nahrung, die in den Mund gelangt, neutralisiert werden kann.

Kapazität der Pufferlösung

Tatsächlich hat die Pufferlösung eine Kapazität, die auch als Pufferintensität oder Pufferindex bekannt ist. Die Pufferkapazität ist ein Maß, das die Fähigkeit des Puffers zeigt, einen konstanten pH-Wert aufrechtzuerhalten, wenn er mit einer starken Base oder einer starken Säure gemischt wird.

Die Intensität des Puffers wird stark durch die Gehaltsmenge der Basen oder Säuren in jeder Lösung beeinflusst. Die Pufferlösung mit der größten Kapazität ist die Lösung, die große Mengen an Säuren oder Salzen enthält.

Zum Beispiel CH₃COOH und CH₃COONa hatte eine um 2 Mol größere Kapazität als die Kombination von CH₃COOH und CH₃COONa, die nur 1 Mol beträgt.

Wenn dagegen der Inhalt klein ist, dann ist auch die Pufferkapazität klein. Ein Pufferindex mit einem hohen Wert wirkt effektiver, um Säuren oder Basen zu neutralisieren, bevor eine signifikante Änderung des pH-Werts auftritt.

Außerdem wird die Pufferkapazität auch durch das Verhältnis der Molzahl Säure-Salz oder Basen-Salz beeinflußt. Ein großer Vergleich erzeugt natürlich einen Puffer, dessen Intensität ebenfalls groß ist.

Zum Beispiel CH₃COOH und CH₃COONa, dessen Verhältnis 1:1 ist (der Wert ist gleich 1), ist größer als CH₃COOH und CH₃COONa, dessen Verhältnis 1:2 ist (der Wert wird 0,5).

Lesen: Dichte Formel

Pufferlösungsformel

Wie werden Puffer berechnet? Es gibt eine Formel, die angewendet werden muss, um diese Berechnungen durchzuführen. Die Formel ist in zwei Bereiche unterteilt, nämlich in einen speziellen Säurepuffer und einen alkalischen Puffer.

Zunächst lautet die Formel für die Säurepufferlösung wie folgt:

Zweitens lautet die Formel für eine alkalische Pufferlösung:

Beispiele für Pufferlösungsprobleme und ihre Diskussion

Hier ist eine Beispielfrage, um Ihr Verständnis von Puffern weiter zu verfeinern:

1. CH-Lösung₃COOH 0,1 M, Ka (10-5) bis zu 200 ml wurden zu der CH-Lösung gegeben₃Auch 200 ml 0,1 M COONa, was ist dann der pH-Wert der Mischung?

2. NH.-Lösung₃ 0,1 MKB (10^-5) bis zu 400 ml gemischt mit einer NH-Lösung₄Cl 0,1 M bis zu 200 ml. Bestimmen Sie den pH-Wert der Mischung, der durch die Mischung entsteht!

Fazit

Puffer ist eine Lösung, die in der Lage ist, den anfänglichen pH-Wert in einem bestimmten Bereich zu halten, nachdem sie mit einer kleinen Menge Säure- oder Basenlösung versetzt wurde. Es gibt 2 Typen, nämlich einen sauren Puffer aus einer schwachen Säure und ihrem Salz und einen alkalischen Puffer aus einer schwachen Base und ihrem Salz.

Es ist wichtig, etwas über Pufferlösungen zu lernen, die eine Funktion im Leben haben. Verstehen Sie nicht nur das Arbeitsprinzip, sondern kennen Sie auch den pH-Wert der Mischung aus dem gebildeten Puffer und der Säure-Base-Reaktion zur Bildung eines Puffers.