Hi, here chemweazle,
Vielleicht nur mal zur Anschauung ein Überblick zur Herstellung von Pufferlösungen.
Es gibt, vielleicht nicht für jedes Beispiel, drei Möglichkeiten Herstellung von Pufferlösungen.
Weg 1
Man vermischt die schwache Säure im benötigten Verhältnis mit dem Natrium- oder Kaliumsalz der konjugierten Base.
Beispiele:
Essigsäure mit Kalium- oder Natriumacetat,
Benzoësäure mit Natrium- oder Kaliumbenzoat
oder beim prim.-sek. Phosphatpuffer
Kaliumdihydrogenphosphat (prim Kaliumphosphat) das ist hier die Säure, mit Dikaliumhydrogenphosphat (sek. Kaliumphosphat), das ist hier die konjugierte Base.
Weg 2
Es wird die schwache Säure vorgelegt. Dann wird ein Teil der schwachen Säure durch Zugabe einer starken Base, z.B. KOH- oder NaOH-Lösung, in die konjugierte Base überführt.
Beispiele:
Ein 1 zu 1-Essigsäure-Acetat-Puffer für pH = pks = 4,75
Hier ist [H(+)] = Ks mal ([Essigsäure]/[Acetat]) = Ks mal 1
Hier wird das Natriumacetat durch Zugabe der Hälfte der Stoffmenge an Essigsäure an Natronlauge erzeugt.
Dann liegen Essigsäure und Natriumacetat im Stoffmengenverhältnis (1/2) zu (1/2), also 1 zu 1 vor.
Beim prim. Phosphat-sek. Phosphat-Puffer wird ein Teil der konjugierten Säure, das ist das Kalium-dihydrogenphosphat(prim. Kaliumphosphat) zur Erzeugung der konjugierten Base mit Kalilauge versetzt.
Weg 3
Das ist die umgekehrte Vorgehensweise zu Weg 2.
Zur Lösung des Kalium- oder Natriumsalzes der konjugierten Base wird zur Erzeugung der konjugierten Säure ein Teil durch Zugabe einer starken Säure protoniert.
Beispiel:
Ein 1 zu 1-Essigsäure-Acetat-Puffer pH = pKs = 4,75.
Zu der vorgelegten Natrimacetat-Lösung wird soviel verd. Salzsäurelösung zugegeben, bis die Hälfte aller Acetationen zur konjugierten Säure protoniert sind. Es liegen dann wie auch beim Weg 2 Essigsäure und Acetationen im gewünschten Stoffmengenverhälntnis (1/2) zu (1/2) ist gleich 1 zu 1 vor.
zur Aufgabe: Herstellung des prim. Phosphat-sek. Phosphat-Puffers
gewünschter pH-Wert: pH = 7,6, [H(+)] = 10-7,6mol/l
Gegeben sind:
m(KH2PO4) = 7,5g , M(KH2PO4) = 119, 98 g/mol ,n0(KH2PO4) = 0,0625 mol
[KOH] = 0,5 mol/l , F=0,986 = 0,493 mol/l
Mischvolumen : 250ml = 0,25l
Formulierung der Dissoziationsgleichung der schwachen Säure, hier das prim. Phophation.
H2PO4(-) ⇌ H(+) + HPO4(2-)
Säurekonstante Ks(H2PO4(-)) = = 6,17*10-8 mol/l
$$Ks(H_{2}PO_{4}^{(-)}) = \dfrac{[H^{(+)}]\cdot [HPO_{4}^{(2-)}]}{[H_{2}PO_{4}^{(-)}]} = 6,17 \cdot 10^{-8}\cdot \frac{mol}{l}$$
schwache Säure: KH2PO4, H2PO4(-)
konjugierte Base: K2HPO4, HPO4(2-)
Das Konzentrationsverhältnis der konjugierten Base zur konjugierten Säure ist die interessante Größe, die es einzustellen gilt.
$$\dfrac{Ks(H_{2}PO_{4}^{(-)})}{[H^{(+)}]} = \dfrac{[HPO_{4}^{(2-)}]}{[H_{2}PO_{4}^{(-)}]} = \dfrac{n(HPO_{4}^{(2-)})\cdot V}{n(H_{2}PO_{4}^{(-)}\cdot V} = \dfrac{n(HPO_{4}^{(2-)})}{n(H_{2}PO_{4}^{(-)})}$$
Erzeugung der konjugierten Base
KH2PO4 + KOH → K2HPO4 + H2O
Die Stoffmenge an benötigtem sek. Kaliumphosphat(K2HPO4), der konjug. Base, entspricht der Stoffmenge an zugegebenen KOH.
n(K2HPO4) = n(KOH) = n(HPO4(2-)) = n(OH(-))
Die Stoffmenge an übrig gebliebener konjugierter Säure (KH2PO4) entspricht der eingesetzten Menge an prim. Kaliumphosphat n0(KH2PO4) abzüglich (minus) der zugefügten Menge an KOH.
$$\dfrac{[Ks([H_{2}PO_{4}^{(-)}])}{[H^{(+)}]} = \dfrac{[n(KOH)}{n_{0}(KH_{2}PO_{4}^{(-)}) – n(KOH)} $$
mit
$$n_{0}(KH_{2}PO_{4}^{(-)} = 0,0625 mol$$
$$\dfrac{6,17 \cdot 10^{-8} \cdot 10^{7,6}\cdot mol \cdot l}{mol\cdot l} = \dfrac{n(KOH)}{0,0625 mol – n(KOH)} = 6,17 \cdot 10^{-0,4}$$
$$n(KOH) \cdot (1 + 6,17 \cdot 10^{-0,4}) = 0,0625 mol \cdot 10^{-0,4} = 6,25 \cdot 10^{-2,4} mol$$
$$n(KOH) = \dfrac{6,25 \cdot 10^{-2,4} \cdot mol}{1 + 6,17 \cdot 10^{-0,4}}$$
$$n(KOH) = \dfrac{6,25 \cdot 10^{-2,4} \cdot mol}{3,456} = 7,199 \cdot 10^{-3} mol = 7,199\cdot mmol = 7,2\cdot mmol$$
n(KOH) = 7,2 mmol
V= n(KOH) / c(KOH) = 7,2 mmol * ml / 0,493 mmol = 14,6 ml
Das Endvolumen, Mischungsvolumen soll 250 ml betragen, also müssen noch 235,4 ml Wasser zugegeben werden.
Gruß chemweazle
