Definiție tampon în chimie și biologie

A tampon este o soluție care conține fie un acid slab și sarea sa, fie o bază slabă și sarea sa, care este rezistentă la modificările de pH. Cu alte cuvinte, un tampon este o soluție apoasă a unui acid slab și a bazei sale conjugate sau a unei baze slabe și a acidului conjugat. Un tampon mai poate fi numit tampon de pH, soluție tampon de hidrogen sau soluție tampon.

Tampoanele sunt utilizate pentru a menține un pH stabil într-o soluție, deoarece pot neutraliza cantități mici de acid suplimentar de bază. Pentru o soluție tampon dată, există o gamă de pH funcțională și o cantitate stabilită de acid sau bază care poate fi neutralizată înainte de modificarea pH-ului. Cantitatea de acid sau de bază care poate fi adăugată la un tampon înainte de a-și modifica pH-ul se numește capacitatea de tampon. 

Ecuația Henderson-Hasselbalch poate fi utilizată pentru a măsura pH-ul aproximativ al unui tampon. Pentru a utiliza ecuația, în locul concentrației de echilibru se introduce concentrația inițială sau stoechiometrică.

Forma generală a unei reacții chimice tampon este:

HA ⇌ H⁺ + A^-

Exemple de tampoane

• sânge - conține un sistem tampon bicarbonat
• Tampon TRIS
• Fosfat tampon

După cum s-a spus, tampoanele sunt utile pentru anumite valori ale pH-ului. De exemplu, aici este intervalul de pH al agenților de tamponare obișnuiți:

Tampon	pKa	pH-ul
acid citric	3.13., 4.76, 6.40	2.1 la 7.4
acid acetic	4.8	3,8 până la 5,8
KH2PO4	7.2	6.2 până la 8.2
borat	9.24	8,25-10,25
CHES	9.3	8,3 până la 10,3

Când este pregătită o soluție tampon, pH-ul soluției este ajustat pentru a o atinge în intervalul efectiv corect. De obicei se adaugă un acid puternic, cum ar fi acidul clorhidric (HCl) pentru a scădea pH-ul tampoanelor acide. Se adaugă o bază puternică, cum ar fi soluția de hidroxid de sodiu (NaOH) pentru a crește pH-ul tampoanelor alcaline.

Cum funcționează tampoanele

Pentru a înțelege cum funcționează un tampon, luați în considerare exemplul unei soluții tampon realizate prin dizolvarea acetatului de sodiu în acid acetic. Acidul acetic este (după cum puteți spune din nume) un acid: CH₃COOH, în timp ce acetatul de sodiu se disociază în soluție pentru a da baza conjugată, ionii de acetat de CH₃GÂNGURI^-. Ecuația pentru reacție este:

CH₃COOH (aq) + OH^-(aq) ⇆ CH₃GÂNGURI^-(aq) + H₂O (aq)

Dacă la această soluție se adaugă un acid puternic, ionul de acetat îl neutralizează:

CH₃GÂNGURI^-(aq) + H⁺(aq) ⇆ CH₃COOH (aq)

Aceasta modifică echilibrul reacției tampon inițiale, menținând pH-ul stabil. Pe de altă parte, o bază puternică ar reacționa cu acidul acetic.

Tampoane universale

Majoritatea tampoanelor funcționează pe un interval de pH relativ restrâns. O excepție este acidul citric, deoarece are trei valori pKa. Când un compus are mai multe valori pKa, o gamă de pH mai mare devine disponibilă pentru un tampon. De asemenea, este posibil să combinați tampoanele, cu condiția ca valorile lor pKa să fie apropiate (diferă cu 2 sau mai puțin) și să ajusteze pH-ul cu o bază puternică sau acid pentru a atinge intervalul necesar. De exemplu, tamponul McIvaine este preparat prin combinarea amestecurilor de Na₂PO₄ și acid citric. În funcție de raportul dintre compuși, tamponul poate fi eficient de la pH 3,0 până la 8,0. Un amestec de acid citric, acid boric, fosfat monopotasiu și acid dietil barbituic poate acoperi intervalul de pH de la 2,6 la 12!