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Pufferlösungen 09:29 min

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Transkript Pufferlösungen

Herzlich willkommen zum Einführungsvideo zum Thema Pufferlösungen bzw. Puffersysteme. Dieses Video soll im Wesentlichen 3 Fragen beantworten. Das wäre zum 1. Was sind Pufferlösungen überhaupt? 2. Wo findet man diese Pufferlösungen und welche Bedeutung haben sie? Und 3. Wie kann man den pH-Wert einer Pufferlösung berechnen? Wir beginnen beim 1.Punkt und beantworten die Frage, was sind Pufferlösungen? Pufferlösungen, das sind Mischungen aus einer relativ hochkonzentrierten, schwachen Säure und ihrer konjugierten Base. Wenn diese schwache Säure und die konjugierte Base in einem Stoffmengenverhältnis von etwa 10:1 bis 1:10 vorliegen, dann sprechen wir von einer sogenannten Pufferlösung oder auch von einem Puffersystem. Diese Puffersysteme, die haben die Funktion, dass ein bestimmter pH-Wert relativ konstant gehalten werden kann. Also, dass im Grunde das System weitgehend unabhängig von äußeren Einflüssen wird und trotzdem der pH-Wert gleich bleibt. Also eine Pufferlösung verträgt geringe Zugaben von Säuren oder auch Basen, ohne dass sich der pH-Wert ändert. Gut, wir wollen uns mal ein konkretes Beispiel für eine solche Pufferlösung oder ein Puffersystem anschauen. Wir hatten gesagt Puffersysteme bestehen aus einer schwachen Säure und ihrer konjugierten Base. Eine schwache Säure, die wir kennen, das ist Essigsäure - CH3COOH und die konjugierte Base von Essigsäure, das ist das Acetation - CH3COO- , also im Grunde die deprotonierte Essigsäure. Der pH-Wert dieser Lösung, bestehend aus Essigsäure und Acetation, der ist letztendlich von der Dissoziation der Essigsäure abhängig, also er ist davon abhängig, wie viel diese Essigsäure letztendlich dissoziiert. Deswegen ist es auch wichtig, dass hier eine schwache Säure eingesetzt wird. Denn wir können sagen, nur ein geringer Teil dieser Essigsäure oder dieser schwachen Säure wird letztendlich in Form von Oxoniumionen zur Geltung kommen. Und die sind ja letztendlich für den ph-Wert verantwortlich. Gut, wir wollen uns mal anschauen, was nun passiert, wenn wir hier weitere Säure dazugeben. Diesmal auch gerne eine stärkere Säure, also zum Beispiel Chlorwasserstoff - HCl. Gehen wir einfach mal davon aus, schematisch, dass dort Protonen in die Lösung kommen. Diese Protonen, die werden in der Lage sein diese Acetationen hier zu protonieren. Und dann wird hier dann wieder Essigsäure gebildet und diese Essigsäure unterliegt dann natürlich wieder dem Dissoziationsgleichgewicht. Das bedeutet, diese Protonen kommen letztendlich nicht in Form von Oxoniumionen direkt zur Geltung, sondern die werden zwischendurch noch durch dieses Dissoziationsgleichgewicht der Essigsäure abgepuffert. Also auch diese zugegebenen Protonen müssen sich wieder diesem Gleichgewicht unterwerfen. Demzufolge ist die Wirkung der zugegebenen Säure einfach nicht mehr so groß und man kann sagen, dass die Wirkung dieser zugegebenen Säure oder auch Base letztendlich abgepuffert wird. Demzufolge heißen die Lösungen auch so. Puffern kann man auch als dämpfen ausdrücken, die Wirkung wird ganz einfach vermindert. Gut, dann kommen wir auch schon zur 2. Frage: Wo findet man Pufferlösungen bzw. wo verwendet man sie und welche Bedeutung haben sie? Wir können erst mal ganz allgemein antworten, Pufferlösungen machen überall da Sinn, wo es notwendig ist, einen konstanten pH-Wert aufrecht zu halten. Das kann, zum Beispiel jetzt mal ganz allgemein, bei chemischen Reaktionen der Fall sein. Als Beispiel dafür kann man das Galvanisieren nennen oder auch das Gerben von Leder. Ja und weiter findet man Pufferlösungen dort, wo Enzyme arbeiten müssen, also im Grunde im menschlichen Körper. Also schreib ich erst mal hin Enzyme. Hierbei kann man sagen, dass die Aktivität also die Funktionalität der Enzyme sehr stark vom pH-Wert abhängt. Also Enzyme sind auf einen bestimmten pH-Bereich angewiesen, sonst arbeiten sie nicht vernünftig. Enzyme finden wir zum Beispiel im Magen oder auch in der Bauchspeicheldrüse, auf der Haut usw. Also auf der Haut befinden sich nicht unbedingt Enzyme aber Puffersysteme. Also auch hier ist es notwendig, dass ein konstanter pH-Wert aufrechterhalten wird. Wenn der pH-Wert nicht konstant ist, dann kann es entweder dazu kommen, dass die Enzyme nicht vernünftig arbeiten oder, dass diese Enzyme sogar zersetzt werden, also denaturiert werden. Und das ist ja alles nicht gewünscht. Gut gucken wir mal weiter im menschlichen Körper, denn da gibt es noch ein sehr komplexes Puffersystem. Das wäre nämlich der Blutpuffer. Der Blutpuffer besteht wiederum aus vier weiteren Puffersystemen und ist demzufolge sehr komplex. Und ich möchte eigentlich nur auf die Funktion eingehen. Der Blutpuffer hat im Grunde die Bedeutung, dass der pH-Wert des Blutes weitgehend konstant gehalten wird, und zwar in einem ph-Bereich von etwa 7,36-7,44. Also nur, wenn unser Blut einen pH-Wert in diesem Bereich hat, sind sämtliche Stoffwechselvorgänge, alles was so im Blut abläuft, Sauerstofftransport, nur dann ist das alles vernünftig möglich. Wenn es nun dazu kommt, dass dieser pH-Bereich verlassen wird, also der Blutpuffer seine Wirkung verloren hat. Dann kommt es zu seiner Entgleisung dieses pH-Wertes. Das kann zum sauren Bereich hin geschehen, dann sprechen wir von einer sogenannten Acidose, einer Übersäuerung und das kann natürlich auch im alkalischen Bereich geschehen, dann sprechen wir von einer Alkalose. Ich möchte noch mal ganz kurz auf die Acidose eingehen. Eine Acidose wird zum Beispiel hervorgerufen durch eine Methanolvergiftung. Methanol wird im Körper zu Ameisensäure metabolisiert. Diese Ameisensäure kann diesen pH-Wert hier nach unten beeinflussen und es kommt dann dazu, dass der Sauerstofftransport zum Gehirn und zu allen weiteren Organen nicht mehr so funktioniert, wie das eigentlich sein sollte. Wenn das nicht rechtzeitig unterbunden wird, dann wird es relativ ungesund. Das erst einmal als Beispiele für Pufferlösungen und jetzt im letzten Punkt, wollen wir uns mal damit beschäftigen, wie man denn letztendlich den pH-Wert einer Pufferlösung berechnet. Den pH-Wert einer Pufferlösung berechnet man über die sogenannte Henderson-Hasselbalch-Gleichung. Diese Henderson-Hasselbalch-Gleichung die sieht nun so aus: pH=pKs-Wert der schwachen Säure minus den dekadischen Logarithmus aus dem Verhältnis von Konzentration der Säure durch Konzentration der Base. Das ist die ganz allgemeine Henderson-Hasselbalch-Gleichung. Wir schauen uns jetzt mal zwei Beispiele an, bzw. ein Beispiel an, was eine gewisse Erleichterung verschafft. Wenn wir nämlich unsere schwache Säure und eine konjugierte Base im Verhältnis 1:1 vorliegen haben, dann steht hier im Grunde 1 geteilt durch 1 ergibt 1. Der Logarithmus von 1 ist 0 und dann ergibt sich der pH-Wert ist gleich dem pKs-Wert. Also wenn unsere schwache Säure und die konjugierte Base im Verhältnis 1:1 vorliegen, dann können wir sagen, der pH-Wert ist gleich dem pKs-Wert. Ansonsten müssen wir unsere Konzentration einfach hier einsetzen und dann wird sich für die anderen Bereiche ergeben, dass der pH-Wert auch in einem Bereich um den pKs-Wert herum sich einstellen wird und das geschieht im Bereich von +/- 1. Ganz allgemein haben Pufferlösungen einen pH-Bereich von pKs +/- 1. Das soll es als Einführung auch erst mal gewesen sein und ich werde ein weiteres Ergänzungsvideo drehen, in dem ich erkläre, wie man den ph-Wert einer Pufferlösung ganz genau berechnet, also anhand eines konkreten Beispiels. Auf Wiedersehen.

Informationen zum Video
3 Kommentare
  1. Cap smiley

    Die Henderson-Hasselbach-Gleichung ist in der Formelsammlung aber anders definiert :

    pH= pKs + lg { (c Base) / (c Säure) }

    Von The Boss T., vor 12 Monaten
  2. Img 5087

    Hallo zusammen, ich studiere Physik und da sind auch ein paar Chemie Kurse dabei, leider ist Chemie nicht meine stärke aber mit euren Videos wird die sache schon leichter ;-D
    Danke!!

    Von Christina Roedig, vor mehr als einem Jahr
  3. Default

    Tolles Video, aber es hört leider bei Minute 8:00 auf!!?

    Von Daniela Strothmann, vor fast 2 Jahren