Im Rahmen des Biologie- und Chemieunterrichtes versteht man unter einem Puffersystem ein spezielles Gemisch aus einer Säure und dessen konjugierter Base. Das besondere an einem Puffer(system) ist, dass dessen pH-Wert bei Zugabe einer Säure oder Base in einem gewissen Konzentrationsbereich nicht wesentlich ändert
Wie eingangs erwähnt, handelt es sich bei einem Puffersystem (im alltäglichen Sprachgebrauch auch als Puffer bezeichnet) um ein Stoffgemisch aus einer schwachen Säure und deren konjugierter Base. Natürlich kann ein Puffersystem auch aus einer schwachen Base und deren konjugierter Säure bestehen. Da in der Chemie und Biologie hauptsächlich Puffersysteme in Form wässriger Lösungen vorliegen, werden diese Puffersysteme auch als Pufferlösungen bezeichnet.
Will man einen Puffer herstellen, so erstellt man ein äquimolares Gemische aus einer schwachen Säure und deren konjugierter starken Base bzw einer schwachen Base und deren konjugierter starke Säure.
Eine der bekanntesten Puffersysteme ist das Essigsäureacetat-Puffersystem, ein Gemisch aus Essigsäure (schwache Säure) und aus Natriumacetat (Salz der konjugierten Base).
Ein Puffersystem ist in der Lage, den pH-Wert der Pufferlösung bei Zugabe von Säure oder Base über einen gewissen Konzentrationsbereich “stabil” zu halten. Im Rahmen der Definition liegt ein “echtes” Puffersystem vor, wenn das (Konzentrations) Verhältnis aus Säure / konjugierter Base bzw. Base / konjugierter Säure im Bereich zwischen 1 : 10 und 10 :1 liegt.
Puffersysteme bestehen aus einer schwachen Säure und der konjugierten Base wie beispielsweise Essigsäure und (Natrium)Acetat. Die Wirkung eines Puffers beruht auf der “Neutralisation” einer zugegebenen Säure bzw. Base.:
Gibt man nun zu einem Essigsäure-Acetat-Puffer eine Säure dazu, dann reagieren die H3O+-Ionen mit dem Acetat (Base) unter Bildung von Essigsäure. Allgemein fängt die Base (des Puffersystems) die Protonen einer zugegebenen Säure ab und neutralisieren so die Säure bzw. die Protonen
Gibt man nun zu einem Essigsäure-Acetat-Puffer eine Base dazu, dann reagieren die OH–-Ionen mit der Essigsäure. Allgemein fängt die Säure (des Puffersystems) die Hydroxid-Ionen einer zugegebenen Base ab und neutralisieren so die Base bzw. die Hydroxid-Ionen
Auf diese Weise kann das Puffersystem, dass aus einer Base und einer Säure besteht, den pH-Wert im einem bestimmten Konzentrationsverhältnis (1:10 bis 10 : 1) weitgehend konstant halten (pH-Abweichung um max. +- 1)
Puffersysteme spielen in allen Lebensbereichen eine wesentliche Rolle. Anwendungen finden Puffersysteme immer, wenn ein Reaktionssystem mit einem bestimmten (nahezu konstanten) pH-Wert benötigt wird. Daher findet man auch oft in der Biologie eine Anwendung von Puffersystemen, da im menschlichen Organismus viele enzymatisch-kontrollierte Reaktionen nur in einem engen pH-Bereich ablaufen können.
Ein Puffersystem ist eine Lösung, die die Fähigkeit hat, ihren pH-Wert relativ konstant zu halten, wenn Säure (H+) oder Base (OH-) hinzugefügt wird. Es besteht normalerweise aus einer schwachen Säure und ihrer konjugierten Base.
Ein Puffersystem funktioniert durch eine Reaktion der schwachen Säure oder schwachen Base mit der zusätzlich hinzugefügten starken Säure oder starken Base, die der Puffer neutralisiert und dadurch den pH-Wert stabil hält.
Es gibt hauptsächlich zwei Arten von Puffersystemen: den säurebasierten Puffer und den basenbasierten Puffer.
Blut-Puffersysteme sind wichtig, weil sie den pH-Wert des Blutes konstant halten. Ein konstanter pH-Wert ist wichtig für die Funktion vieler Enzyme und Proteine in unserem Körper.
Ein Beispiel für ein natürliches Puffersystem im menschlichen Körper ist das Bicarbonat-Puffersystem, das den pH-Wert des Blutes reguliert.
Die Henderson-Hasselbalch-Gleichung ist definiert als pH = pKa + log ([A-]/[HA]), wo [A-] die Konzentration der Base und [HA] die Konzentration der Säure ist. Sie wird zum Berechnen des pH-Werts in einem Puffersystem verwendet.
Wenn eine überschüssige Säure zu einem Puffersystem hinzugefügt wird, reagiert sie mit der Base des Systems, um mehr der schwachen Säure zu bilden, was dazu führt, dass der pH-Wert nur leicht abnimmt.
Wenn eine überschüssige Base zu einem Puffersystem hinzugefügt wird, reagiert sie mit der schwachen Säure des Systems, um mehr der konjugierten Base zu bilden und dadurch den pH-Wert nur leicht ansteigen lässt.
Die Konzentration der Säuren und Basen bestimmt die Pufferkapazität, also die Menge an starker Säure oder Base, die eine Pufferlösung aufnehmen kann, ohne dass der pH-Wert sich deutlich ändert.
Die Pufferkapazität ist die Menge an starker Säure oder Base, die eine Pufferlösung aufnehmen kann, ohne dass der pH-Wert sich deutlich ändert. Sie kann verändert werden durch Veränderung der Konzentration der Säure oder des Salzes.