Tampons Solutions Caractéristiques, préparation et exemples

Le solutions tampons ou des tampons sont ceux qui peuvent diminuer les changements de pH dus aux ions H₃O⁺ et OH^-. En l'absence de ces derniers, certains systèmes (comme physiologique) sont blessés, lorsque leurs composants sensibles aux changements brusques de pH.

Tout comme les amortisseurs dans les automobiles diminuent l'impact de leurs mouvements, les tampons font de même, mais avec l'acidité ou la basicité de la solution. De plus, les solutions tampons établissent une plage de pH spécifique dans laquelle elles sont efficaces.

En fonction de ces plages, on choisit celles qui amortissent les valeurs de pH qui méritent le milieu. Par exemple, si le milieu d'une réaction qui produit des ions H est requis₃O⁺ garder un pH proche de 6, chercher un tampon qui a cette valeur dans sa gamme de plus grande efficacité.

Sinon, les ions H₃O⁺ acidifier la solution (le pH tombe à des valeurs inférieures à 6), entraînant une altération possible des performances de la réaction. Le même exemple peut s'appliquer aux valeurs de pH de base, c'est-à-dire supérieures à 7.

Index

• 1 caractéristiques
  • 1.1 Composition
  • 1.2 Neutraliser les acides et les bases
  • 1.3 Efficacité
• 2 Préparation
• 3 exemples
• 4 références

Caractéristiques

Composition

Ils sont essentiellement composés d'un acide (HA) ou d'une base faible (B) et de sels de sa base conjuguée ou d'un acide. 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 HA faible et interagit avec les ions, tels que Na⁺- former des sels de sodium. De cette manière, le couple reste sous forme de HA / NaA, bien qu'il puisse également s'agir de sels de potassium ou de calcium.

Dérivé de l'acide HA faible, il amortit les gammes de pH acides (moins de 7) selon l'équation suivante:

HA + OH^- => A^- + H₂O

Cependant, étant un acide faible, sa base conjuguée est partiellement hydrolysée pour régénérer une partie de l'HA consommée:

Un^- + H₂O <=> HA + OH^-

Par contre, 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 en B / HBCl. Ces tampons tampons des gammes de pH basiques (supérieures à 7):

B + H₃O⁺ => HB⁺ + H₂O

Et encore une fois, HB⁺ peut partiellement hydrolyser pour régénérer une partie de B consommée:

HB⁺ + H₂O <=> B + H₃O⁺

Neutraliser les acides et les bases

Bien que les tampons acides tamponnent les acides pH et les tampons alcalins basiques, les deux peuvent réagir avec les ions H₃O⁺ et OH^- à travers ces séries d'équations chimiques:

Un^- + H₃O⁺ => HA + H₂O

HB⁺ + OH^- => B + H₂O

Ainsi, dans le cas de la paire HA / A^-, HA réagit avec les ions OH^-, alors que A^- -votre base conjuguée- réagit avec le H₃O⁺. Pour la paire B / HB⁺, B réagit avec les ions H₃O⁺, tandis que HB⁺ - leur acide conjugué - avec OH^-.

Cela permet aux deux solutions tampons de neutraliser les espèces acides et basiques. Le résultat de ce qui précède contre, par exemple, l'addition constante de moles OH^-, est la diminution de la variation de pH (ΔpH):

L'image supérieure montre la mise en tampon du pH par rapport à une base forte (donneur OH)^-).

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 où l'amortissement est plus efficace (cadre bleuâtre).

Efficacité

Il y a plusieurs façons de comprendre le concept d'efficacité des tampons. L'une d'elles consiste à déterminer la dérivée seconde de la courbe de pH par rapport au volume de base, en effaçant 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 la fameuse équation d'Henderson-Hasselbalch:

pH = pK_un + log ([B] / [A])

Ici B désigne la base, A l'acide et pK_un c'est le logarithme le plus bas de la constante d'acidité. Cette équation s'applique à la fois à l’espèce acide HA et à l’acide conjugué HB⁺.

Si [A] est très grand par rapport à [B], le log () prend une valeur très négative, qui est soustraite de pK_un. Si au contraire [A] est très petit par rapport à [B], la valeur de log () prend une valeur très positive, ce qui ajoute à pK_un. Cependant, lorsque [A] = [B], le log () est 0 et le pH = pK_un.

Que signifie tout ce qui précède? Que le ΔpH sera plus grand dans les extrêmes considérés pour l'équation, alors qu'il sera plus petit avec un pH égal à pK_un; et comme le pK_un est caractéristique de chaque acide, cette valeur détermine le rang pK_un±1.

Les valeurs de pH dans cette plage sont celles dans lesquelles le tampon est plus efficace.

préparation

Pour préparer une solution tampon, il est nécessaire de garder à l’esprit les étapes suivantes:

- Connaître le pH requis et, par conséquent, celui que vous souhaitez conserver aussi constant que possible pendant la réaction ou le processus.

- Connaissant le pH, on cherche tous les acides faibles, ceux dont le pK_un se rapprocher de cette valeur.

- Une fois que l'espèce HA a été choisie et que la concentration du tampon a été calculée (en fonction de la quantité de base ou d'acide nécessaire pour neutraliser), la quantité nécessaire de son sel de sodium est pesée.

Des exemples

L'acide acétique a un pK_un de 4,75, CH₃COOH; Par conséquent, un mélange de certaines quantités de cet acide et de l'acétate de sodium, CH₃COONa, forme un tampon qui absorbe efficacement dans la gamme de pH (3,75-5,75).

D’autres exemples d’acides monoprotiques sont les acides benzoïques (C₆H₅COOH) et formique (HCOOH). Pour chacune de ces valeurs pK_un ils sont 4.18 et 3.68; par conséquent, leurs gammes de pH de tampons plus élevés sont (3.18-5.18) et (2.68-4.68).

En revanche, les acides polyprotiques tels que le phosphorique (H₃PO₄) et du carbone (H₂CO₃) ont tant de valeurs de pK_un comme les protons peuvent libérer. Donc, le H₃PO₄ a trois pK_un (2.12, 7.21 et 12.67) et le H₂CO₃ a deux (6 352 et 10 329).

Si vous souhaitez maintenir un pH de 3 dans une solution, vous pouvez choisir entre le tampon HCOONa / HCOOH (pK_un= 3,68) et NaH₂PO₄/ H₃PO₄ (pk_un= 2,12).

Le premier tampon, celui de l'acide formique, est plus proche du pH 3 que le tampon acide phosphorique; par conséquent, HCOONa / HCOOH amortit mieux à pH 3 que NaH₂PO₄/ H₃PO₄.

Références

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4. Assoc. Prof. Lubomir Makedonski, PhD. [Doc.] Solutions tampons. Université médicale de Varna.
5. Chem Collective. Tutoriels sur les tampons. Récupéré le 9 mai 2018 de: chemcollective.org
6. askIITians. (2018). Solution tampon Récupéré le 9 mai 2018 de: askiitians.com
7. Quimicas.net (2018). Exemples de solutions tampons, tampons ou tampons. Récupéré le 9 mai 2018 de: quimicas.net