Wie würden Sie den passenden Puffer bei gegebenem pKa und gegebenem pH finden?

Antworten:

Der pH-Wert der Lösung sollte auf den Pufferbereich einer bestimmten Pufferlösung fallen.

Erläuterung:

Der Pufferbereich kann einfach als der pH-Bereich definiert werden, in dem die Lösung drastischen Änderungen des pH-Werts bei Zugabe kleiner Mengen einer Säure oder einer Base widerstehen kann. Idealerweise ist der Pufferbereich einer Pufferlösung gleich $p K a \pm 1$ $pKa+-1$ .

Um zu veranschaulichen, wie diese Grundregel angewendet werden kann, sei ein Beispiel angeführt. Angenommen, Sie müssen eine Pufferlösung mit einem pH-Wert von 5.0 herstellen, und in Ihrem Labor sind die einzigen verfügbaren Reagenzien Acetatpuffer und Phosphatpuffer. Das Hauptproblem besteht nun darin, welches dieser beiden Verfahren zur Herstellung der Pufferlösung geeignet ist.

Bestimmen wir zunächst die Komponenten der beiden möglichen Puffer. Bei Acetatpuffer ist Essigsäure die Hauptkomponente $(C H_{3} C O O H)$ $(CH_3COOH)$ und Acetation $(C H_{3} C O O^{-})$ $(CH_3COO^-)$ . Die Gleichgewichtsreaktion, die an dieser Lösung beteiligt ist, ist die Dissoziation von Essigsäure in Wasser:

$C H_{3} C O O H$ $CH_3COOH$ $+$ $+$ $H_{2} O$ $H_2O$ $⇌$ $rightleftharpoons$ $C H_{3} C O O^{-}$ $CH_3COO^-$ $+$ $+$ $H_{3} O^{+}$ $H_3O^+$

Inzwischen werden die üblichen Komponenten eines Phosphatpuffersystems sein $H_{2} P O_{4}^{-}$ $H_2PO_4^-$ und $H P O_{4}^{2 -}$ $HPO_4^(2-)$ . Die Gleichgewichtsreaktion, die an dieser Lösung beteiligt ist, ist die Dissoziation von $H_{2} P O_{4}^{-}$ $H_2PO_4^-$ im Wasser:

$H_{2} P O_{4}^{-}$ $H_2PO_4^-$ $+$ $+$ $H_{2} O$ $H_2O$ $⇌$ $rightleftharpoons$ $H P O_{4}^{2 -}$ $HPO_4^(2-)$ $+$ $+$ $H_{3} O^{+}$ $H_3O^+$

Der nächste zu berücksichtigende Schritt bei diesem Problem besteht darin, den Pufferbereich der beiden Puffersysteme zu bestimmen. Für Acetatpuffer ist der pKa-Wert von Essigsäure gleich 4.7 $p K a \pm 1$ $pKa+-1$ ist der Puffer für einen pH-Bereich von geeignet $4.7 \pm 1$ $4.7+-1$ oder von 3.7 nach 5.7.

Währenddessen ist für Phosphatpuffer der pKa-Wert von $H_{2} P O_{4}^{-}$ $H_2PO_4^-$ ist gleich 7.2, so dass das Puffersystem für einen pH-Bereich von geeignet ist $7.2 \pm 1$ $7.2+-1$ oder von 6.2 nach 8.2.

Da der Ziel-pH-Wert des herzustellenden Puffers 5.0 ist, ist das am besten zu verwendende Puffersystem der Acetatpuffer, da 5.0 in den maximalen Pufferbereich für dieses Puffersystem fällt.

Hinweis: Um den pKa-Wert der sauren Komponente des Puffersystems zu bestimmen, müssen Sie normalerweise die Säure-Dissoziationskonstante ermitteln. Verwenden Sie diese Gleichung, um den pKa zu bestimmen:

$p K a = - log K a$ $pKa=-logKa$