Warum besteht puffersystem aus schwachen säure korespondierenden base nicht starken
Das Prinzip eines Puffers ist ja, dasss er H+ Ionen aufnehmen kann und auch wieder abgeben, wenn eine Base zugegeben wird. Nun ist das Bestreben einer starken Säure, wieder H+ aufzunehmen, extrem gering. Anders ausgedrückt:
bei
HCl + H2O --> H3O+ + Cl-
liegt das Gleichgewicht extrem weit rechts. Bei
H2CO3 + H2O --> H3O+ + HCO3-
hält sich das GGW grob gesagt die Waage. Zugabe von H+ bildet also mehr H2CO3; Entzug von H+ bildet mehr HCO3-.
Das heißt, die Menge an H3O+ bleibt ungefähr gleich.
Alles klar?
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Warum besteht ein Puffersystem aus einer schwachen Säure und der korespondierenden Base? Warum nicht aus einer starken Säure?
Damit ein System puffernd wirken kann, muss es dazu in der Lage sein, in beide Richtungen zu reagieren, also sowohl H₃O⁺ als auch OH⁻ abzufangen.
Starke Säuren dissoziieren vollständig zu H₃O⁺ und einem sehr schwach basischen korrespondierenden Säurerest. Steigt nun der pH, gibt es keine undissozierten Säuremoleküle mehr in der Lösung, die dem entgegenwirken könnten. Genau so wenig gibt es Basen, die stark genug wären, ein Absinkenden des pH zu kompensieren.
Anders bei schwachen Säuren und ihren korrespondierenden Basen. Schwache Säuren dissoziieren nur teilweise, können also auf einen steigenden pH reagieren, indem einfach ein Teil der noch undissoziierten Säuremoleküle "nachreagiert", auf einen sinkenden, indem die korrespondierende Base OH⁻ abfängt.
Korrektur: "., indem die korrespondierende Base H₃O⁺ abfängt.
Puffer systeme benötigen eine Situation, wo die Säure und ihre konjugierte Base in einem ausgeglichenen Verhältnis vorliegen. Wenn nun eine starke Säure zugefügt würde, wird die konjugierte Base des Puffers protoniert, der Effekt auf die Konzentration ist gering. Auch wenn eine starke Base hinzugefügt wird, ändert sich der PH nur unmerklich, denn nun wird die Säure des Puffers deprotoniert. Schlussendlich sorgt ein Puffer dafür, dass die Änderung des pHs bei Addition von starken Säuren oder Basen geringer ist als in reinem Wasser. So kann der pH einer Lösung stabil gehalten werden.
Starke Säuren und starke Basen sind darüber definiert, dass sie in Wasser vollständig dissoziiert vorliegen. Es findet sich also keine konjugierte Base oder konjugierte Säure im Wasser.
Theoretisch würde auch Salzsäure puffern. Die Pufferregion ist allerdings immer um den pKa rum, also bei HCl -6.2. Dazu wäre eine 10^6.2 Molare Lösung nötig (=1'584'893 mol/Liter). Die maximale Löslichkeit von HCl in Wasser liegt allerdings bei etwa 37% Gewicht, das sind 10 mol/Liter. Es ist also unmöglich, genügend HCl in Wasser zu lösen, damit protonierte Chlorid-Ionen vorhanden wären, die das System puffern würden.