Buffer

I tamponi sono soluzioni che lavorano per mantenere un pH costante in un sistema indipendentemente dall'aggiunta di acidi o basi forti. In assenza di tamponi, l'aggiunta di un acido forte o di una base a una soluzione modifica significativamente il pH. I tamponi sono fondamentali nella vita di tutti i giorni. Ad esempio, il sangue funge da tampone ed è in grado di mantenere un pH compreso tra 7,35 e 7,45 poiché un pH superiore a 7,8 o inferiore a 6,8 può causare la morte.

Quindi, come funziona un buffer? Un tampone è essenzialmente un acido o una base debole e la sua base o acido coniugato in equilibrio tra loro. Prendiamo, ad esempio, un tampone fatto di acido acetico e acetato di sodio. La soluzione tampone contiene un acido debole e il suo sale coniugato, che si dissocia per formare l'acetato di base coniugato. La soluzione è acida perché il K_a dell'acido acetico è superiore al K_b della base coniugata.

Ricorda che la costante di dissociazione, K_a o K_b, definisce la forza dell'acido o della base, rispettivamente, in quanto è la costante di equilibrio per la dissociazione del composto in acqua. La costante di dissociazione può anche essere rappresentata come pK_a, o il log negativo di K_a, dove più piccolo è il pK_a, più forte è l'acido. Lo stesso vale per pK_b, dove più piccolo è il pK_b, più forte è la base.

Tornando al tampone acetato, se aggiungiamo una base forte, come l'idrossido di sodio, gli ioni idrossido reagiscono con gli ioni idronio presenti nella soluzione. Questo fa sì che più acido acetico reagisca con l'acqua per tornare all'equilibrio, formando così più ioni idronio. Se aggiungiamo un acido forte, come l'acido cloridrico, si formano più ioni idronio in soluzione. Questi ioni reagiscono con gli ioni acetato per formare più acido acetico. In entrambi i casi, il pH della soluzione è molto piccolo.

Tieni presente che ogni tampone ha un intervallo di pH specifico in cui può tamponare una soluzione. Qui mostriamo una curva di titolazione per il nostro tampone di acido acetico. L'intervallo di buffering è evidenziato. Questa regione è determinata dall'equazione di Henderson-Hasselbalch, che ci dice che il pH del tampone è determinato dal K_a dell'acido debole e dal rapporto tra la base coniugata e l'acido debole.

Lontano da questo pH, l'acido debole o la base del tampone è esaurito e non può tamponare il pH. Quindi, quando selezioni un tampone per la tua applicazione, scegline uno il cui pK_a sia vicino al pH desiderato.

Infine, tutti i tamponi hanno un limite alla loro capacità tampone, ovvero la quantità di acido o base che può essere aggiunta alla soluzione tampone prima che il pH cambi in modo significativo. Ad esempio, se aggiungiamo troppo acido alla nostra soluzione tampone di acido acetico e acetato di sodio, protoneremo tutti gli ioni acetato e accumuleremo molti ioni idronio, abbassando così il pH.

Allo stesso modo, se aggiungiamo troppa base, deprotoneremo tutto l'acido acetico e accumuleremo molti ioni idrossido, aumentando così il pH. Pertanto, la capacità tampone è influenzata dalla concentrazione dell'acido debole e del sale coniugato. Quindi, un tampone acetato 1 molare ha una capacità tampone maggiore rispetto a un tampone acetato 0,1 molare.

In questo laboratorio, preparerai ed esaminerai tamponi con un'ampia varietà di intervalli di pH. Utilizzerai quindi i tuoi tamponi per determinare il pK_a di un indicatore di pH, chiamato rosso neutro, ed esplorerai la variazione del pK_a del rosso neutro quando viene introdotta la proteina legante la riboflavina.