pHPufferung

pHPufferung bezeichnet den Prozess, durch den der pH-Wert einer Lösung mithilfe eines Puffers zuverlässig stabil gehalten wird. Typischerweise besteht ein Puffer aus einer schwachen Säure und ihrer konjugierten Base oder aus einer schwachen Base und ihrer konjugierten Säure. Bei Zugabe kleiner Mengen starker Säuren oder Basen reagieren die Pufferkomponenten so, dass verbleibende H+- oder OH--Ionen gebunden oder freigesetzt werden. Dadurch wird der pH-Veränderung relativ widerstanden.

Die Funktionsweise basiert auf dem Gleichgewicht zwischen der schwachen Säure bzw. Base und ihren konjugierten Spezies. Der ideale pH-Bereich eines Puffers liegt nahe dem pKa-Wert der schwachen Säure (bzw. der konjugierten Base). Die Henderson-Hasselbalch-Gleichung pH = pKa + log([Base]/[Säure]) wird häufig herangezogen, um das Verhältnis von pufferspezies zu planen und vorherzusagen, wie sich der pH bei Zugabe von Säure oder Base verändert.

Die Wirksamkeit eines Puffers hängt von der Pufferkapazität ab, also der Fähigkeit, eine gegebene Menge Säure oder Base zu neutralisieren, ohne den pH deutlich zu verschieben. Faktoren sind Konzentration, das Verhältnis der pufferspezies, Temperatur und der ionic strength der Lösung. Puffersysteme haben ein bevorzugtes pH-Intervall, typischerweise innerhalb von etwa einer Einheitsbreite um den pKa-Wert.

Häufige Puffersysteme umfassen Ethansäure/Acetat, Phosphatpuffer (H2PO4−/HPO4^2−) und Carbonatpuffer (CO2/HCO3−). Anwendungen finden sich in Biologie, Medizin, Pharmazie, Umwelttechnik und der Lebensmittelforschung. Grenzen ergeben sich, wenn der pH weit vom pKa entfernt liegt oder Temperaturschwankungen die pKa-Werte beeinflussen.