Acetatpuffer-Rechner
Geben Sie einen Ziel-pH und eine gesamte Pufferstärke in mM ein, um die benötigten Mengen an Essigsäure und Natriumacetat-Trihydrat für einen Acetatpuffer zu schätzen. Die Ergebnisse werden in % w/v angegeben.
Essigsäure & Acetat für den gewünschten Puffer-pH berechnen
Formel zur Zusammensetzung des Acetatpuffers
Wobei:
- \(r\) — Verhältnis von Acetat zu Essigsäure
- \(C\) — Pufferstärke, d. h. die Gesamtkonzentration der Acetat-Spezies (mM)
- \([\mathrm{HA}]\) und \([\mathrm{A}^{-}]\) — Konzentrationen von Essigsäure und Acetat (mol/L)
- \(w_{\mathrm{acid}}\) und \(w_{\mathrm{trihydrate}}\) — berechnete Mengen an Essigsäure und Natriumacetat-Trihydrat (% w/v)
Das Verhältnis ergibt sich aus der Henderson-Hasselbalch-Gleichung mit einem festen \(\mathrm{p}K_a\) der Essigsäure von 4,75. Der Rechner verwendet 60,5 g/mol für Essigsäure und 136,08 g/mol für Natriumacetat-Trihydrat; die Division einer Konzentration in g/L durch 10 ergibt Gramm pro 100 mL, also % w/v.
Acetatpuffer-Zusammensetzung – Berechnungsbeispiel
Beispiel: Stellen Sie einen Puffer mit pH 5,00 und einer gesamten Pufferstärke von 100 mM her. Berechnen Sie die Mengen der Bestandteile pro 100 mL Endlösung.
\[r=10^{5.00-4.75}=1.7783\]
\[[\mathrm{HA}]=\frac{100}{1000(1+1.7783)}\approx0.0359935\ \mathrm{mol/L},\qquad [\mathrm{A}^{-}]\approx0.0640065\ \mathrm{mol/L}\]
\[w_{\mathrm{acid}}=\frac{0.0359935\times60.5}{10}=0.2178\%\ \mathrm{w/v},\qquad w_{\mathrm{trihydrate}}=\frac{0.0640065\times136.08}{10}=0.8710\%\ \mathrm{w/v}\]
Ergebnis: 0,2178 g Essigsäure und 0,8710 g Natriumacetat-Trihydrat pro 100 mL Endlösung, wie vom Tool berechnet.
So verwenden Sie den Rechner
- Geben Sie den gewünschten Wert unter pH ein. Der Standardwert ist 5,00.
- Geben Sie die gewünschte Gesamtkonzentration unter Pufferstärke in mM ein. Der Standardwert ist 100 mM; dies ist die Summe der Konzentrationen von Essigsäure und Acetat, kein Maß für die Pufferkapazität.
- Lesen Sie Menge an Essigsäure (% w/v) und Menge an Natriumacetat-Trihydrat (% w/v) ab. Jedes Ergebnis ist die Anzahl der Gramm pro 100 mL Endpuffer, unter der Annahme der angegebenen Reagenzform.
- Um ein anderes Endvolumen zu planen, multiplizieren Sie jede angezeigte Zahl mit dem Volumen in mL geteilt durch 100. Multiplizieren Sie z. B. mit 10 für 1 L. Geben Sie die Reagenzien zu weniger als dem Endvolumen an Wasser zu, lösen Sie sie auf und füllen Sie die Lösung dann auf ihr Endvolumen auf.
Was die Zusammensetzung des Acetatpuffers bedeutet
Ein Acetatpuffer enthält Essigsäure und ihre konjugierte Base, das Acetat. Essigsäure kann einen Teil zugegebener Base neutralisieren, während Acetat einen Teil zugegebener Säure neutralisieren kann. Die relativen Konzentrationen bestimmen den vorhergesagten pH-Wert: beim angenommenen \(\mathrm{p}K_a\) von 4,75 sind sie gleich; darüber überwiegt Acetat, darunter Essigsäure.
Die Pufferstärke gibt die Summe dieser beiden Konzentrationen vor der Umrechnung in Bestandteilmassen an. Wird sie bei gleichbleibendem pH-Wert erhöht, steigen beide berechneten Mengen proportional an, ohne ihr Verhältnis zu verändern. Eine höhere Gesamtkonzentration ermöglicht es der Lösung im Allgemeinen, eine größere Säure- oder Base-Zugabe abzufedern; die Pufferkapazität hängt jedoch ebenfalls vom pH-Wert ab und ist nicht selbst die Zahl, die im Feld Pufferstärke eingegeben wird.
Die Ergebnisse sind Masse-pro-Volumen-Konzentrationen, keine Massenprozente und auch keine Anweisung, eine 100-mL-Mischung herzustellen, indem die Bestandteile zu 100 mL Wasser gegeben werden. Bei den Standardeinstellungen bedeuten die angezeigten 0,2178 % w/v Essigsäure 0,2178 g in 100 mL Endlösung. Das Natriumacetat-Ergebnis bezieht sich ausdrücklich auf das Trihydrat, das Kristallwasser enthält; wasserfreies Natriumacetat erfordert eine andere Masse.
Annahmen und praktische Hinweise
- Prüfen Sie die molare Masse der Essigsäure. Der Rechner verwendet 60,5 g/mol, um seine angezeigten Ergebnisse zu reproduzieren; die allgemein anerkannte molare Masse von Essigsäure beträgt jedoch etwa 60,05 g/mol. Verwenden Sie für eine präzise Zubereitung die korrekte molare Masse und die angegebene Reinheit Ihres Reagenz; bei den Standardeinstellungen ergäben 60,05 g/mol statt 0,2178 g etwa 0,2161 g pro 100 mL.
- Prüfen Sie die Reagenzform. Die Natriumacetat-Berechnung verwendet 136,08 g/mol für Natriumacetat-Trihydrat. Steht auf Ihrem Gefäß „wasserfrei“, verwenden Sie die angezeigte Masse nicht unverändert. Wird Essigsäure als flüssige Stammlösung geliefert, benötigen Sie für die Umrechnung der erforderlichen Masse in ein Volumen zusätzlich ihre Konzentration und Dichte.
- Messen Sie den fertigen pH-Wert. Die Berechnung verwendet ein idealisiertes Konzentrationsverhältnis und ein festes \(\mathrm{p}K_a\). Temperatur, Ionenstärke, Reagenzreinheit und zugesetzte gelöste Stoffe können den gemessenen pH-Wert verschieben. Prüfen Sie mit einem kalibrierten pH-Meter bei der Einsatztemperatur, passen Sie bei Bedarf an und kontrollieren Sie das Endvolumen.
- Arbeiten Sie in der Nähe des \(\mathrm{p}K_a\) der Säure. Acetatpuffer sind im Allgemeinen innerhalb von etwa einer pH-Einheit um 4,75 am nützlichsten. Weit außerhalb dieses Bereichs wird eine Komponente knapp, und der Puffer weist Änderungen in einer Richtung nur schlecht ab.
Wenn Sie den Puffer aus einer vorhandenen Stammlösung ansetzen, kann der C1V1 = C2V2-Rechner bei der Planung einer Verdünnung helfen. Beim Prüfen von Reagenzmassen-Berechnungen kann ein Atommasse-Rechner helfen, die in der Formel einer Verbindung verwendeten Massen zu überprüfen.
Häufig gestellte Fragen
Wie berechne ich Acetatpuffer-Volumina aus Essigsäure- und Natriumacetat-Stammlösungen?
Ermitteln Sie zunächst die erforderlichen Molmengen der beiden Komponenten aus dem Ziel-pH und der Gesamtkonzentration. Teilen Sie jede Molmenge durch die Konzentration ihrer Stammlösung in mol/L, um das Volumen dieser Stammlösung in Litern zu erhalten. Vereinen Sie die Stammlösungen, füllen Sie mit Wasser auf das vorgesehene Endvolumen auf und messen Sie den pH-Wert. Dieses Vorgehen vermeidet das Abwiegen kleiner Reagenzmengen, setzt aber voraus, dass die Stammlösungskonzentrationen genau bekannt sind.
Kann ich wasserfreies Natriumacetat statt Natriumacetat-Trihydrat verwenden?
Ja, aber verwenden Sie eine geringere Masse, da wasserfreies Natriumacetat kein Kristallwasser enthält. Multiplizieren Sie die Trihydratmasse des Rechners mit etwa \(82.03/136.08=0.603\). Ein Ergebnis von 0,8710 g Trihydrat entspricht z. B. etwa 0,525 g wasserfreiem Natriumacetat. Prüfen Sie vor dem Abwiegen das Etikett des Gefäßes bezüglich der tatsächlichen Form und Reinheit des Reagenz.
Wie rechne ich die erforderliche Essigsäuremasse in ein Volumen flüssigen Reagenz um?
Teilen Sie die erforderliche Masse an reiner Säure durch die Dichte der Flüssigkeit multipliziert mit ihrem Massenanteil an Essigsäure: \(V=m/(\rho f)\). Verwenden Sie konsistente Einheiten, z. B. Gramm und g/mL, um Milliliter zu erhalten. Dichte und Konzentration hängen vom Produkt und von der Temperatur ab; ziehen Sie daher das Reagenzetikett oder das Datenblatt zu Rate. Behandeln Sie konzentrierte Essigsäure mit angemessenem Augenschutz und ausreichender Belüftung.
Ist die Pufferstärke in mM dasselbe wie die Kapazität eines Acetatpuffers?
Nein. Die Pufferstärke ist hier die Gesamtkonzentration von Essigsäure und Acetat; die Pufferkapazität beschreibt, wie viel zugegebene Säure oder Base eine bestimmte pH-Änderung bewirkt. Bei einem idealen Acetatpuffer ist die Kapazität in der Nähe des \(\mathrm{p}K_a\) der Säure am größten, wo beide Komponenten in ähnlichen Mengen vorliegen. Zwei Puffer mit derselben Gesamtkonzentration können daher unterschiedliche Kapazitäten haben, wenn ihre pH-Werte voneinander abweichen.
Kann ich einen Acetatpuffer herstellen, indem ich Essigsäure teilweise mit NaOH neutralisiere?
Ja. NaOH wandelt einen Teil der Essigsäure in Acetat um; Sie können also mit der Menge an Essigsäure beginnen, die für die gesamte Acetatkonzentration erforderlich ist, und NaOH allmählich unter pH-Kontrolle zugeben. Dieser Zubereitungsweg fügt Natriumionen hinzu, ohne Natriumacetat abzuwiegen. Vermeiden Sie ein Überschießen: Überschüssiges NaOH verändert die Zusammensetzung, und die Korrektur mit Säure führt zusätzliche Spezies oder Konzentrationsänderungen ein. Füllen Sie die Lösung nach der Anpassung auf ihr Endvolumen auf.
Warum weicht der gemessene pH-Wert vom berechneten ab?
Die Berechnung verwendet ein festes \(\mathrm{p}K_a\) und ein Konzentrationsverhältnis, während ein pH-Meter auf die Aktivität der Wasserstoffionen anspricht. Temperatur, Ionenstärke, andere gelöste Stoffe, Reagenzreinheit und die Kalibrierung des Messgeräts können das Ergebnis beeinflussen. Messen Sie bei der Temperatur, bei der der Puffer eingesetzt wird, passen Sie bei Bedarf vorsichtig an und prüfen Sie den pH-Wert erneut, nachdem Sie die Lösung auf ihr Endvolumen aufgefüllt haben.