- caractéristiques
- Composition
- Ils neutralisent les acides et les bases
- Efficacité
- préparation
- Exemples
- Références
Les solutions tampons ou tampons sont ceux qui peuvent diminuer les changements de pH dus aux ions H 3 O + et OH -. En l'absence de ceux-ci, certains systèmes (tels que les systèmes physiologiques) sont endommagés, car leurs composants sont très sensibles aux changements soudains de pH.
Tout comme les amortisseurs dans les automobiles réduisent les chocs causés par leur mouvement, les tampons font de même mais avec l'acidité ou la basicité de la solution. De plus, les tampons établissent une plage de pH spécifique dans laquelle ils sont efficaces.
Sinon, les ions H 3 O + acidifieront la solution (le pH chute à des valeurs inférieures à 6), ce qui entraînera une possible altération des performances de la réaction. Le même exemple peut être appliqué pour des valeurs de pH basiques, c'est-à-dire supérieures à 7.
caractéristiques
Composition
Ils sont essentiellement composés d'un acide (HA) ou d'une base faible (B), et de sels de leur base ou acide conjuguée. Par conséquent, il existe deux types: les tampons acides et les tampons alcalins.
Les tampons acides correspondent à la paire HA / A -, où A - est la base conjuguée de l'acide faible HA et interagit avec des ions - tels que Na + - pour former des sels de sodium. De cette façon, la paire reste sous forme de HA / NaA, bien qu'ils puissent également être des sels de potassium ou de calcium.
Dérivé de l'acide faible HA, il tamponne les plages de pH acides (moins de 7) selon l'équation suivante:
HA + OH - => A - + H 2 O
Cependant, étant un acide faible, sa base conjuguée est partiellement hydrolysée pour régénérer une partie de l'AH consommé:
A - + H 2 O <=> HA + OH -
D'autre part, les tampons alcalins sont constitués de la paire B / HB +, où HB + est l'acide conjugué de la base faible. Généralement, HB + forme des sels avec des ions chlorure, laissant la paire sous forme de B / HBCl. Ces tampons tamponnent les plages de pH basiques (supérieures à 7):
B + H 3 O + => HB + + H 2 O
Et encore une fois, HB + peut être partiellement hydrolysé pour régénérer une partie du B consommé:
HB + + H 2 O <=> B + H 3 O +
Ils neutralisent les acides et les bases
Alors que les tampons acides tamponnent le pH acide et le tampon alcalin pH basique, les deux peuvent réagir avec les ions H 3 O + et OH - grâce à ces séries d'équations chimiques:
A - + H 3 O + => HA + H 2 O
HB + + OH - => B + H 2 O
Ainsi, dans le cas du couple HA / A -, HA réagit avec les ions OH -, tandis que A - - sa base conjuguée - réagit avec H 3 O +. Quant au couple B / HB +, B réagit avec les ions H 3 O +, tandis que HB + - son acide conjugué - avec l'OH -.
Cela permet aux deux tampons de neutraliser à la fois les espèces acides et basiques. Le résultat de ce qui précède par rapport à, par exemple, l'ajout constant de moles d'OH -, est la diminution de la variation de pH (ΔpH):
L'image ci-dessus montre le tampon de pH contre une base forte (OH - donneur).
Au départ, le pH est acide en raison de la présence de HA. Lorsque la base forte est ajoutée, les premières moles de A sont formées - et le tampon commence à prendre effet.
Cependant, il y a une zone de la courbe où la pente est moins raide; c'est-à-dire là où l'amortissement est le plus efficace (boîte bleuâtre).
Efficacité
Il existe plusieurs façons de comprendre le concept d'efficacité d'amortissement. L'une d'elles consiste à déterminer la deuxième dérivée de la courbe pH en fonction du volume de base, en résolvant V pour la valeur minimale, qui est Veq / 2.
Veq est le volume au point d'équivalence; C'est le volume de base nécessaire pour neutraliser tout l'acide.
Une autre façon de le comprendre est à travers la célèbre équation Henderson-Hasselbalch:
pH = pK a + log (/)
Ici, B désigne la base, A l'acide et pK a est le plus petit logarithme de la constante d'acide. Cette équation s'applique à la fois à l'espèce acide HA et à l'acide conjugué HB +.
S'il est très grand par rapport à, le log () prend une valeur très négative, qui est soustraite du pK a. Si, par contre, elle est très petite par rapport à, la valeur de log () prend une valeur très positive, qui est ajoutée à pK a. Cependant, lorsque =, le log () vaut 0 et le pH = pK a.
Que signifie tout cela? Que le ΔpH sera plus grand dans les extrêmes considérés pour l'équation, alors qu'il sera minimum avec un pH égal au pK a; et comme le pK a est caractéristique de chaque acide, cette valeur détermine la plage pK a ± 1.
Les valeurs de pH comprises dans cette plage sont celles dans lesquelles le tampon est le plus efficace.
préparation
Pour préparer une solution tampon, les étapes suivantes doivent être gardées à l'esprit:
- Connaître le pH requis et, par conséquent, celui que vous souhaitez maintenir le plus constant possible pendant la réaction ou le processus.
- Connaissant le pH, on cherche parmi tous les acides faibles, ceux dont le pK a est plus proche de cette valeur.
- Une fois l'espèce HA choisie et la concentration du tampon calculée (en fonction de la quantité de base ou d'acide à neutraliser), la quantité nécessaire de son sel de sodium est pesée.
Exemples
L'acide acétique a un pK a de 4,75, CH 3 COOH; par conséquent, un mélange de quantités déterminées de cet acide et d'acétate de sodium, CH 3 COONa, forme un tampon qui tamponne efficacement dans la plage de pH (3,75-5,75).
D'autres exemples d'acides monoprotiques sont les acides benzoïque (C 6 H 5 COOH) et formique (HCOOH). Pour chacune de ces valeurs de pK a sont 4,18 et 3,68; par conséquent, ses gammes de pH avec le tampon le plus élevé sont (3,18-5,18) et (2,68-4,68).
En outre, les acides polyprotiques tels que l'acide phosphorique (H 3 PO 4) et le carbone (H 2 CO 3) ont de nombreuses valeurs de pK pour que le proton puisse être libéré. Ainsi, H 3 PO 4 a trois pK a (2,12, 7,21 et 12,67) et H 2 CO 3 en a deux (6,352 et 10,329).
Si vous souhaitez maintenir un pH de 3 dans une solution, vous pouvez choisir entre les tampons HCOONa / HCOOH (pK a = 3,68) et NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4 (pK a = 2,12).
Le premier tampon, celui de l'acide formique, est plus proche de pH 3 que le tampon d'acide phosphorique; par conséquent, HCOONa / HCOOH tamponne mieux à pH 3 que NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4.
Références
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- Avsar Aras. (20 avril 2013). Mini amortisseurs. Extrait le 9 mai 2018 de: commons.wikimedia.org
- Wikipédia. (2018). Solution tampon. Extrait le 9 mai 2018 de: en.wikipedia.org
- Assoc. Prof. Lubomir Makedonski, PhD.. Solutions tampons. Université médicale de Varna.
- Collectif Chem. Tutoriels Buffer. Extrait le 9 mai 2018 de: chemcollective.org
- askIITians. (2018). Solution tampon. Récupéré le 9 mai 2018 de: askiitians.com
- Quimicas.net (2018). Exemples de solutions tampons, tampons ou tampons. Récupéré le 9 mai 2018 de: quimicas.net