Définition de tampon en chimie et biologie

UNE tampon est une solution contenant soit un acide faible et son sel, soit une base faible et son sel, qui résiste aux changements de pH. En d'autres termes, un tampon est une solution aqueuse soit d'un acide faible et de sa base conjuguée, soit d'une base faible et de son acide conjugué. Un tampon peut également être appelé tampon pH, tampon ionique d'hydrogène ou solution tampon.

Les tampons sont utilisés pour maintenir un pH stable dans une solution, car ils peuvent neutraliser de petites quantités d'acide de base supplémentaire. Pour une solution tampon donnée, il existe une plage de pH de travail et une quantité définie d'acide ou de base qui peuvent être neutralisés avant que le pH ne change. La quantité d'acide ou de base qui peut être ajoutée à un tampon avant de changer son pH est appelée sa capacité de tampon. 

L'équation de Henderson-Hasselbalch peut être utilisée pour évaluer le pH approximatif d'un tampon. Afin d'utiliser l'équation, la concentration initiale ou la concentration stœchiométrique est entrée au lieu de la concentration d'équilibre.

La forme générale d'une réaction chimique tampon est:

HA ⇌ H⁺ + UNE^-

Exemples de tampons

• sang - contient un système tampon de bicarbonate
• Tampon TRIS
• tampon phosphate

Comme indiqué, les tampons sont utiles sur des plages de pH spécifiques. Par exemple, voici la gamme de pH des agents tampons courants:

Tampon	pKa	Gamme de pH
acide citrique	3.13., 4.76, 6.40	2.1 à 7.4
acide acétique	4.8	3,8 à 5,8
KH2PO4	7.2	6.2 à 8.2
borate	9.24	8,25 à 10,25
CHES	9.3	8,3 à 10,3

Lorsqu'une solution tampon est préparée, le pH de la solution est ajusté pour la placer dans la plage efficace correcte. Typiquement, un acide fort, tel que l'acide chlorhydrique (HCl) est ajouté pour abaisser le pH des tampons acides. Une base forte, telle qu'une solution d'hydroxyde de sodium (NaOH), est ajoutée pour augmenter le pH des tampons alcalins.

Fonctionnement des tampons

Afin de comprendre le fonctionnement d'un tampon, considérons l'exemple d'une solution tampon fabriquée en dissolvant l'acétate de sodium dans de l'acide acétique. L'acide acétique est (comme son nom l'indique) un acide: CH₃COOH, tandis que l'acétate de sodium se dissocie en solution pour donner la base conjuguée, les ions acétate de CH₃ROUCOULER^-. L'équation de la réaction est:

CH₃COOH (aq) + OH^-(aq) ⇆ CH₃ROUCOULER^-(aq) + H₂O (aq)

Si un acide fort est ajouté à cette solution, l'ion acétate le neutralise:

CH₃ROUCOULER^-(aq) + H⁺(aq) ⇆ CH₃COOH (aq)

Cela modifie l'équilibre de la réaction tampon initiale, en maintenant le pH stable. Une base forte, en revanche, réagirait avec l'acide acétique.

Tampons universels

La plupart des tampons fonctionnent sur une plage de pH relativement étroite. Une exception est l'acide citrique car il a trois valeurs de pKa. Lorsqu'un composé a plusieurs valeurs de pKa, une plus grande plage de pH devient disponible pour un tampon. Il est également possible de combiner des tampons, à condition que leurs valeurs de pKa soient proches (différant de 2 ou moins), et d'ajuster le pH avec une base forte ou un acide pour atteindre la plage requise. Par exemple, le tampon de McIvaine est préparé en combinant des mélanges de Na₂PO₄ et l'acide citrique. Selon le rapport entre les composés, le tampon peut être efficace de pH 3,0 à 8,0. Un mélange d'acide citrique, d'acide borique, de phosphate monopotassique et d'acide diéthylbarbituique peut couvrir la plage de pH de 2,6 à 12!