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Puffersysteme im Rahmen der Säure-Base-Chemie


Allgemeines über Puffersysteme

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


Puffer(systeme)

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.


Funktionsweise eines Puffersystems:

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

H3CCOO-    + H3O+  =>   H3CCOOH    +    H2O

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

H3CCOOH    +    OH-    => H3CCOO-    + H2O

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)


Anwendungen von Puffersystemen:

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.

 

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