Pufferverduennungsrechner

Ein Puffer wirkt, weil er eine schwache Säure zusammen mit ihrer konjugierten Base hält, und er widersteht einer pH-Änderung, weil die beiden ineinander übergehen. Ein wenig hinzugefügte Säure macht einen Teil der Baseform zur Säureform, ein wenig hinzugefügte Base tut das Umgekehrte. Wie weit sich die Mischung bewegt, hängt vom Anteil der beiden Formen ab, und dieser Anteil ist eine Eigenschaft des Verhältnisses und nicht der insgesamt vorhandenen Menge. Der Leitfaden zu Nettoladung und pH nach Henderson-Hasselbalch arbeitet dieselbe Beziehung in einem anderen System durch.

Die Folge für die Verdünnung ist genau und etwas widersinnig. Eine Verdünnung um den Faktor zehn teilt beide Formen im selben Moment durch zehn, und zwei Größen durch dieselbe Zahl zu teilen lässt ihr Verhältnis unberührt. Der von der Säure-Base-Beziehung vorhergesagte pH ist also im Wesentlichen der geblieben, weshalb man gewöhnlich sagt, ein Puffer behalte seinen pH, wenn er verdünnt wird. Was die Verdünnung nicht übersteht, ist die Kapazität: Das Reservoir an Base, das hinzugefügte Säure aufnehmen kann, und das Reservoir an Säure, die hinzugefügte Base aufnehmen kann, schrumpft im Verhältnis zur Verdünnung.

Kapazität und Verhältnis sind zwei verschiedene Eigenschaften, und sie zu verwechseln ist der Grund, warum Pufferverdünnung manchmal als völlig wirkungslos beschrieben wird und manchmal als Zerstörung des Puffers. Sie tut beides nicht. Das Verhältnis überlebt, weil beide Spezies um denselben Faktor verdünnt werden, und die Kapazität fällt, weil von jeder Spezies schlicht weniger vorhanden ist, um zu reagieren. Ein Puffer auf ein Zehntel seiner ursprünglichen Konzentration hat ein Zehntel des Reservoirs, eine feste Störung bewegt das Verhältnis also zehnmal weiter als zuvor. Ein Zehntel des Reservoirs ist ein realer Verlust, und zwar auch an einem Tag, an dem sich die pH-Anzeige überhaupt nicht bewegt hat.

Diese Beschreibung hat eine Grenze. Die Beziehung zwischen Verhältnis und pH beschreibt ein System, in dem die Puffer-Spezies das Säure-Base-Verhalten dominieren. Wenn ein Puffer sich dem Punkt nähert, an dem das Lösungsmittel und seine eigene Chemie anfangen, eine Rolle zu spielen, beschreibt die einfache Rechnung nicht mehr, was eine pH-Messung tatsächlich ablesen würde, und keine Volumenarithmetik auf dieser Seite kann das zurückholen. Der Rechner für Ladung gegen pH zeigt dieselbe Art von Verschiebung im Verhältnis für ionisierbare Gruppen, und das ist die allgemeine Form der Wirkung. Nichts davon ist in einer Verdünnungstabelle sichtbar.

Das Vielfache der Stammlösung ist ein Vielfaches der Arbeitskonzentration, und die Rechnung stützt sich darauf, dass jeder Bestandteil der Stammlösung auf demselben Vielfachen steht. Eine Zehner-Stammlösung, zehnfach verdünnt, steht für jeden Bestandteil zusammen auf der Arbeitskonzentration, und das ist es, was einen einzigen Multiplikator für eine Mischung von Salzen überhaupt erst sinnvoll macht. Die Annahme gilt für eine Stammlösung, die nach einem Rezept hergestellt wurde, und sie muss nicht gelten für eine, die stufenweise zusammengesetzt wurde, bei der die Bestandteile bei verschiedenen Endvolumina ankamen. Diese Seite rechnet ohne jede Beanstandung mit einer Zahl, die eine solche Stammlösung nicht beschreibt.

Der andere Fehler hier ist, den Multiplikator als absolute Konzentration zu lesen. Eine Zehner-Stammlösung eines Bestandteils kann 1 M sein, und 1 ist nicht 10. Der Multiplikator hat keine Einheit, weil er das Verhältnis einer Stammlösung zu einer Arbeitslösung ist, weshalb er es übersteht, als nackte Zahl geschrieben zu werden, und weshalb ihn als Molarität zu lesen eine Antwort ergibt, die vernünftig aussieht und um die Arbeitskonzentration danebenliegt. Der Rechner für Arbeitslösungen ist dieselbe Zwei-Volumen-Rechnung mit Konzentrationen statt Vielfachen in den Feldern.

Das Feld Verdünnungsmittel bedeutet hier alles, was die Summe auf das von Ihnen eingegebene Volumen bringt, und im gewöhnlichen Fall ist das Lösungsmittel. Einen Puffer in eine Probe oder in eine andere Lösung zu verdünnen ist ein anderer Vorgang, weil die aufnehmende Flüssigkeit ihre eigene Zusammensetzung und ihren eigenen pH hat, und keines von beiden wird durch die Annahme reinen Lösungsmittels abgebildet. Die Rechnung liefert weiterhin zwei Volumina, die sich zu Ihrem Endvolumen addieren, und jeder Pufferbestandteil steht in der Mischung weiterhin auf Arbeitskonzentration, der pH des Ergebnisses ist jetzt aber eine Eigenschaft einer Mischung und nicht eines Puffers allein. Wenn zwei Lösungen wirklich kombiniert werden müssen, führt der Rechner für Lösungsmischungen beide Mengen ausdrücklich.

Es lohnt sich, klar über den Umfang der Seite zu sein. Sie beantwortet eine Frage, nämlich wie viel einer gegebenen Stammlösung und wie viel Verdünnungsmittel das verlangte Endvolumen auf dem verlangten Vielfachen ergeben. Alles andere an einem Puffer, einschließlich der Frage, ob die Bestandteile in der Kombination verträglich sind, ob die Arbeitskonzentration zur Anwendung passt und ob die Mischung ihren pH bei der Temperatur hält, in der sie verwendet wird, liegt außerhalb sowohl der Eingaben als auch der Rechnung. Der Rechner für die Konzentration nach einer Volumenänderung deckt den verwandten Fall einer einzelnen Zugabe ab, in dem eine Lösung bereits existiert und nur die Wirkung einer Zugabe gesucht ist.