Tampons

Tampons

Lorsqu’un acide d’Arrhenius (HA) est ajouté à l’eau, il se dissocie en sa base conjuguée (A^-) et en un cation hydrogène (H⁺).

HA + H_{2 O →}H⁺_(aq) + A^-_(aq)

La quantité d’ions hydrogène présents dans la solution détermine l’acidité de la solution, où plus d’ions hydrogène indiquent un pH plus faible ou plus acide. De même, lorsqu’une base Arrhenius forte (BOH) est ajoutée à l’eau, elle se dissocie en son acide conjugué (B⁺) et en un ion hydroxyde (OH^-).

BOH + H_{2 O →}B⁺_(aq) + OH^-_(aq)

En général, l’ajout d’acides ou de bases forts à une solution modifie considérablement le pH car l’acide ou la base réagit avec les molécules d’eau en solution, augmentant la concentration d’ions hydrogène ou d’ions hydroxyde. Cependant, ce changement de pH peut être atténué à l’aide d’un tampon. Les tampons sont des solutions qui aident à maintenir un pH constant dans un système, indépendamment de l’ajout d’acides ou de bases forts.

Le plus souvent, les composants d’un tampon sont la paire conjuguée acide-base d’un acide faible ou d’une base faible. Pour cette raison, les acides ou les bases forts qui se dissocient complètement dans l’eau font de très mauvais tampons et les acides faibles ou les bases qui se dissocient partiellement font de meilleurs tampons. Lorsque le tampon est présent, l’acide ou la base forte ne réagit pas avec les molécules d’eau présentes en solution et réagit plutôt avec la base faible. Cela se traduit par peu ou pas de changement dans le pH de la solution.

L’effet ionique commun

Un tampon fonctionne par le biais d’un phénomène appelé effet d’ion commun. L’effet ionique commun se produit lorsqu’un ion donné est ajouté à un mélange à l’équilibre qui contient déjà l’ion donné. Lorsque cela se produit, l’équilibre s’éloigne de la formation d’une plus grande partie de cet ion.

Par exemple, l’acide acétique (CH₃COOH) se dissocie légèrement dans l’eau, formant l’ion acétate (CH₃COO^-) et l’ion hydrogène.

CH₃COOH_(aq) H₂O ⇔ H⁺_(aq) + CH₃COO^-_(aq)

Si une plus grande quantité d’ion acétate est ajoutée à partir d’acétate de sodium soluble, la position d’équilibre se déplace vers la gauche pour former plus d’acide acétique non dissocié, et la concentration d’ions hydrogène diminue. Ici, l’ion commun – l’acétate – supprime la dissociation de l’acide acétique.

Un tampon doit contenir des concentrations élevées de composants acides (HA) et basiques (A^-) pour tamponner une solution. Si la quantité d’ions hydrogène ou hydroxyde ajoutée au tampon est faible, ils provoquent la conversion d’une petite quantité d’un composant du tampon en l’autre. Tant que la concentration d’ions ajoutés est beaucoup plus faible que les concentrations de HA et A^- déjà présentes dans le tampon, les ions ajoutés auront peu d’effet sur le pH puisqu’ils sont consommés par l’un des composants du tampon. Lorsque la concentration d’hydrogène ou d’hydroxyde dépasse les concentrations de l’acide et de sa base conjuguée, l’effet tampon est perdu et le pH change.

Équation d’Henderson-Hasselbalch

La constante de dissociation, K_a, d’un acide faible est calculée à l’aide des concentrations de l’acide non dissocié Ha, et des concentrations des ions hydrogène et de la base conjuguée, A^-.

Kotz, J.C., Treichel Jr, P.M., Townsend, J.R. (2012). Chimie et réactivité chimique. Belmont, Californie : Brooks/Cole, Cengage Learning.