Wie kann das sein ? (->Puffer-Lösung)

[Gast]

hab ein kleines Verständnisproblem zum Thema Pufferlösungen.
Eine Puffer-Lösung besteht ja aus einer schwachen Säure und ihrer konjugierten Base(zb. Essigsäure-Acetat-Lösung).

CH3CO2H + H2O doppelpfeil CH3CO2ˉ+ H3O+

-> da Essigsäure schwacher Elektrolyt ist, liegt Gleichgewicht links

meine Frage ist, wie es sein kann, dass schwache Säure und konjugierte Base im Stoffmengenverhltniss 1:1 in der Lösung existieren können?
Das lässt sich meines Erachtens nicht mit dem Prinzip des kleinsten Zwanges vereinbaren. Die ganze Reaktion müsste doch vollständig nach links ablaufen, bis alle Oxonium-Ionen im Wasser verbraucht wären und die Lösung somit keine Oxonium-Ionen mehr hätte, dann ph-Wert ?
Ich bin etwas verwirrt

[andreas]

Hallo erstmal

Also, du hast ja links nicht nur die schwache Säure, sprich Essigsäure vorliegen, sondern gleichzeitig auch noch die konjungierte Base, in dem Fall das Acetat. Eine Puffergleichung besteht ja aus, in unserem Fall, aus CH3CO2H(aq) + CH3CO2- (aq)+ Na +
d.h. wenn man jetzt Säure dazu tun würde, würde die Reaktionsgleichung, hier Puffergleichung, so aussehn:

CH3CO2- + Na+ + H+-> CH3CO2H + NaOH

Die Säure gibt ein H+ ab, was das Acetat aufnimmt.
CH3CO2H kann man vernachlässigen, da es nicht an der Reaktion teilnimmt.

Deine Reaktionsgleichung ist keine Puffergleichung, sondern die Reaktion von einer schwachen Säure mit Wasser, prinzipiell eine normale Säure/ Base Reaktion. Weil es jedoch eine schwache Säure ist, d.h. sie gibt nur zu einem geringen Teil ihr H+ Teilchen ab, reagiert sie praktisch gar nicht mit Wasser bzw. reagiert, wodurch sich aber eine im Vergleich zu H2O stärkere Base bildet, was dann de H+ von H3O aufnimmt und dann zu dem Ausgangsprodukten, sprich Essigsäure und Wasser zurückreagiert. Damit hast du mit deiner Vermutung, dass die Raektion vollständig nach links ablaufen müsste recht, was aber wenig mit dem Prinzip des kleinsten Zwang zu tun hat, sondern vielmehr mit obigen ganannten Säure/base Eigenschaften.
Das Stoffmengenverhältnis ist das bei deiner Reaktion natürlich nicht 1:1, jedoch aber bei der Pufferlösung, da du gleich viele Anteile an Essigsäure
und Acetat hast. Es reagieren dann immer gleich viele Teiclchen hin und her, so das die Konzentrastion an den beiden Edukten immer gleich ist. Sprich, Essigsäure gibt ein H+ ab, weil es die stärkere Säure der beiden ist und das Acetat nimmt es auf, weil es die stärkere Base der beiden ist. Somit haben wir ein "dynamisches Gleichgewicht", wodurch immer das Stoffmengenverhältnis 1:1 vorliegt.

Ich hoffe du verstehst, was ich meine. Wenn du noch Fragen hast, dann frag einfach...

Grüße

andreas

[Gast]

jetzt versuche ich zusammenzufassen, um zu sehen ob ich es verstanden habe:

praktisch ist eine jede Lösung die eine schwache Säure und ihre konjugierte Baese enthält eine Pufferlösung.
Je höher diese Konzentrationen, um so mehr kann "gepuffert" werden
Bevor in die Pufferlösung zb eine Säure hinzugegeben wird herrscht aufgrund der Reaktionsgleich

CH3CO2H + H2O doppelpfeil CH3CO2ˉ+ H3O+

und der Tatsache, dass Essigsäure eine schwache Säure ist, ein dynamisches Gleichgewicht, aus dem genau so viele Oxonium-Ionen sowie Acetat-Ionen sind, wie im Dissoziationsgrad angegeben wird.

In dieser Lösung ist die Stoffmenge der Essigsäure-Moleküle sehr viel größer als die der Acetat-Ionen. Und zwar
c(CH3CO2H)= co(CH3CO2H)-c(CH3CO2ˉ)
(Aussage richtig?)

Wird zb HCl hinzugegeben, so wird das Proton vom Acetat-Ion abgefangen, weil das Acetat-Ion eine viel stärkere Base ist als das Chlorid-Ion.
CH3CO2ˉ + HCL -> Clˉ + CH3CO2H
Nun dissoziiert die entstandene Essigsäure wieder und weil es eine schwache Säure ist, entstehen weniger Protonen als mit dem HCl hinzugekommen sind. Was ja dem Puffer entspricht.
-> ist das so weit richtig verstanden

es scheint mir jetzt klarer zu sein, aber was mich immernoch aus der Bahn wirft, ist folgende Aussage:

"Für eine Lösung, die eine schwache Säure und ihre konjugierte Base im Stoffmengenverhältnis 1:1 enthält, gilt immer pH=pKs"

Ich glaube ich verstehe nicht ganz, was Stoffmengenverhältnis bedeuten soll.
Genau so viel Essigsäure-Moleküle wie Acetat-Ionen ?
Wenn mir jaemand diesen Satz erklären könnte, dann wäre ich zufrieden

[alpha]

Es scheint mir, bisher hast du das ganz gut verstanden.

Stoffmengenverhältnis kannst du auch als Verhältnis der Konzentrationen verstehen. D.h. wenn die Konzentration der Säure jener der konjugierten Base enstpricht, so muss der pH= pKs sein.

Dass Säure und konjugierte Base koexistieren können, muss ja so sein, wenn du die ganze Geschichte als Gleichgewichtsreaktionen betrachtest und das solltest du unbedingt auch tun.

Nun, die Gleichgewichtskonstante lautet: Ks= [A-][H+]/[HA] mit HA = Säure, A- = konjugierte Base. Ist nun die Konzentration der Säure gleich der Konzentration der Base, so ist Ks=[H+], weil sich [A-] mit [HA] weg kürzt.
folglich muss auch pH=pKs sein.


Grüsse
alpha

[Gast]

vielen dank, jetzt ist alles klar

[Gast]

Endphase (Das macht mich echt fertig ) :

ich scheine immernoch ein Problem mit dem Koexistieren von Säuren und Basen verschiedener Verhältnisse zu habe. Mir bereitet immernoch das Prinzip des kleinsten Zwanges im Bezug auf das Säure-base-Gleichgewicht zu schaffen.
Wenn man eine Pufferlösung herstellen will schmeißt man zuerst in das Wasser Essigsäure, es stellet sich das Gleichgewicht ein

CH3CO2H + H2O doppelpfeil CH3CO2ˉ+ H3O+

es dissozieren sehr wenige Essigsäure-Moleküle und schwimmen als Protone und Acetat Ionen in der Lösung frei herum. Der Rest ist im Gleichgewicht und stellt somit die Essigsäure-Moleküle dar.(->bitte Kommentar hierzu)

Nun schmeißt man Naacetat rein.es stellt sich das Gleichgewicht ein:
CH3CO2ˉ + H2O doppelpfeil CH3CO2H + OHˉ
Mit wenig Essigsäure-Molekülen aus dem Gleichgewicht
-> es befinden sich nun in der Lösung aus dem ersten Gleichgewicht
viele Essigsäure-Moleküle, die im Gleichgewicht sind, sowie wenig Acetat- und Oxonium-Ionen aus dem Gleichgewicht, was den Dissozierten entspricht.
aus dem zweiten Gleichgewicht sind viele Acetat-Ionen, die sich im Gleichgewicht befinden und wenig Essigsäure-Moleküle und Hydroxid-Ionen, die frei herumschwimmen.

Das Problem, das ich habe, ist, wieso die Zugabe von Acetat-Ionen das erste Gleichgewicht (CH3CO2H + H2O doppelpfeil CH3CO2ˉ+ H3O+) nicht beeinflusst so wie es zb bei

2HI doppelpfeil H2 + I2

ist. Denn wenn man in diesem Gleichgewicht zb HI-Moleküle dazugibt, läuft die reaktion nach rechts ab und wenn man zb H2-Moleküle dazugibt läuft die Reaktion von links ab unter Verbrauch von I2-Molekülen und erhöhung der Konzentration von HI.
-> wegen Massenwirkungsgesetz halt

-> ist das bei Säuren und Basen anders?

[alpha]

es dissozieren sehr wenige Essigsäure-Moleküle und schwimmen als Protone und Acetat Ionen in der Lösung frei herum. Der Rest ist im Gleichgewicht und stellt somit die Essigsäure-Moleküle dar.(->bitte Kommentar hierzu)

[...]

Das Problem, das ich habe, ist, wieso die Zugabe von Acetat-Ionen das erste Gleichgewicht (CH3CO2H + H2O doppelpfeil CH3CO2ˉ+ H3O+) nicht beeinflusst [...]
-> ist das bei Säuren und Basen anders?

Zum ersten: Ja, das stimmt in etwa, auch wenn nicht nur der "Rest" im Gleichgewicht ist. Das Gleichgewicht stellt sich sozusagen sofort ein und im Gleichgewicht ist nur ein geringer Teil der Essigsäure deprotoniert in H2O.

Zum zweiten: Natürlich wird "das erste" Gleichgewicht durch die Zugabe von Acetat beeinflusst: Die relative Konzentration der freien Essigsäure zum Acetat ist doch anders geworden? - Du kannst ja "das erste" Gleichgewicht nicht vom "zweiten" unterscheiden?
Was du jedoch bedenken solltest: Jedes Acetatmolekül (also die Base) welches ein Molekül Essigsäure deprotoniert (also die Säure) wird selbst zu Essigsäure und produziert ein Acetat Molekül, also ist insgesamt nichts geschehen - nehme an, das ist so logisch, dass es sich dumm anhört, aber manchmal vergesse ich sowas, weshalb ich es aufschreibe, wenn ich daran denke;)


Grüsse
alpha

[Gast]

ich habe noch nicht aufgegeben
ich glaub ich habs
Also wenn man davon ausgeht das Essigsäure praktisch nicht in Wasser dissoziiert ist in der Lösung nur

CH3CO2H + H2O ohne Reaktion (1)

schmeißt man Natriumacetat rein so reagiert das Acetat-Molekül mit der Essigsäure(und nicht mit Wasser wie ich bisher angenommen hab). Im Gleichgewicht natürlich:

CH3CO2H + CH3CO2ˉ <=> CH3CO2ˉ + CH3CO2H

Dann springen immer genau soviele Protonen vom Essigsäure-Molekül zum Acetat-Ion(Vom Naacetat) hin und her, wie Naacetat sich in der Lösung befindet.

=> Dann entspricht praktisch der pH-Wert der Lösung dem hin und her springenden Proton (bitte kommentar hierzu)

Das würde dann auch das Stoffmengenverhältnis erklären.