Una soluzione tampone è una soluzione che non risente in modo significativo di variazioni di pH a seguito di diluizione o piccola aggiunta di acidi o basi forti.
Ci sono due tipi di soluzione tampone.
- quelle preparate mescolando un acido debole e un sale della sua base coniugata (es: CH3COO- /CH3COOH)
- quelle preparate mescolando una base debole e un sale del suo acido coniugato (es: NH3 / NH4+ )
Affinchè un tampone sia tale deve essere preparato mescolando quantità significative delle due specie che lo costituiscono.
Come funziona un tampone
Prendiamo come esempio il tampone acido acetico / acetato. In acqua i rispettivi equilibri sono:
acido acetico
acetato
Come si vede, fa da ione a comune nell'equilibrio di dissociazione dell'acido acetico, spingendo l'equilibrio verso sinistra, mentre
figura nell'equilibrio di idrolisi dell'acetato e anche in questo caso lo spinge verso sinistra.
Quindi, si può supporre che quando prepariamo un tampone, le concentrazioni delle due specie all'equilibrio siano uguali alle rispettive concentrazioni iniziali, per via dell'effetto ione a comune.
-Ma come fanno a resistere all'aggiunta di acido forte?
Un'acido manderà in soluzione ioni H+ . Questi verranno neutralizzati da CH3COO- , dato che è una base. L'effetto dell'acido non è marcato, dato che questo equilibrio:
si sposterà verso destra.
-e all'aggiunta di base forte?
Succede esattamente l'opposto. Gli ossidrili OH- mandati in soluzione dalla base reagiranno in modo quantitativo con CH3COOH. Anche in questo caso, in risposta a questa reazione, l'equilibrio:
si sposterà verso destra.
-e diluendo la soluzione?
La diluizione non ha effetti sul pH di una soluzione tampone perchè fa diminuire la concentrazione sia dell'acido che del sale. Il rapporto rimane quindi costante. Si capirà meglio questa proprietà del tampone osservando la formula per il calcolo del pH.
Un tampone base debole - acido coniugato funzionerà in modo del tutto simile, ovvero la base debole sarà in grado di contrastare le aggiunte di acido mentre il suo acido coniugato sarà in grado di contrastare le aggiunte di base.
Calcolo del pH
- tampone acido debole + suo sale
La concentrazione idrogenionica (H3O+) di una soluzione tampone costituita da un acido debole e un sale della sua base coniugata si calcola come:
Dove Ka è la costante di dissociazione acida, Ca è la concentrazione iniziale di acido debole e Cs è la concentrazione del sale. Da questa si può ricavare anche la formula per calcolare direttamente il pH:
Dato che il volume di soluzione è lo stesso sia per l'acido sia per la base la concentrazione idrogenionica può essere ricavata anche come:
dove ovviamente na sono le moli di acido ed ns sono le moli di sale.
- tampone base debole + suo sale
La concentrazione ossidrilica (OH-) di una soluzione tampone costituita da una base debole e un sale della sua base coniugata può essere calcolata come:
dove Cb è la concentrazione di base debole e Cs è la concentrazione del suo acido coniugato. Se ne ricava la formula per il calcolo del pOH:
Anche in questo caso è possibile semplificare il calcolo della concentrazione di , dato che la base ed il suo sale si trovano ovviamente nello stesso volume di soluzione:
dove nb sono le moli di base e ns sono le moli del sale.
