Soluzioni tampone, Chimica generale e inorganica

Soluzioni tampone

Una soluzione è detta tampone quando il suo pH non viene modificato dall’aggiunta di modiche quantità di acidi o basi forti. Una soluzione tampone è tipicamente costituita da un acido (o una base) debole in presenza della propria base (o acido) coniugata. (Se per esempio usiamo un acido forte e la sua base coniugata questi non reagiscono insieme, così come base forte e acido coniugato perché i 'coniugati' non hanno abbastanza forza dunque non sono soluzioni tampone).

Esempi di soluzioni tampone

• CH₃COOH/CH₃COO-
• HNO₂/NO₂-
• NH₃/NH₄⁺
• HF/F-

La soluzione tampone può tamponare un'eventuale alterazione di pH dato dall’aggiunta di una base forte o un acido forte, infatti:

CH₃COOH + NaOH → Na⁺ + CH₃COO- + H₂O

Oppure

CH₃COO- + HCl → CH₃COOH + Cl-

I due componenti della soluzione tampone, reagendo con acidi o basi forti, impediscono la formazione di ioni H⁺ o ioni OH- e determinano perciò il mantenimento di un pH pressoché costante.

Metodi per creare una soluzione tampone

1. Mettere un acido debole e la sua base coniugata (sotto forma di sale).
   Es: CH₃COOH/NaCH₃COO, NH₃/NH₄Cl
2. Aggiungere acido debole e una base forte in difetto.
   Es: CH₃COOH/NaOH dove NaOH dà la sua reazione in acqua dando lo ione Na⁺ e OH-. Il CH₃COOH reagisce con l'OH- che si è creato e dà la reazione CH₃COOH + OH- → CH₃COO- + H₂O

Alla fine della reazione abbiamo acido debole (CH₃COOH) e base coniugata (CH₃COO-) e la base forte (OH-) è scomparsa.

Specularmente acido forte in difetto e base debole:

NH₃ + HCl

HCl reagisce con l’acqua dando H₃O⁺ e Cl-
NH₃ + H₃O⁺ → NH₄⁺ + H₂O

Determinare il pH di una soluzione tampone

Consideriamo l’espressione di dissociazione dell’acido debole che costituisce la soluzione tampone:

Ka = (A-)(H₃O⁺) /(HA)

Possiamo ricavare (H₃O⁺) → (H₃O⁺) = Ka (HA)/(A-)

Un altro metodo è prendere il logaritmo negativo di questa relazione:

-log(H₃O⁺) = -logKa – log (HA)/(A-)

Definiamo la pKa = -log Ka

E dunque otteniamo: pH = pKa + log (A-)/(HA)

Equazione di Henderson-Hasselbalch

Una soluzione tampone funziona in maniera ottimale quando i suoi due componenti sono presenti nella stessa concentrazione. Ovvero (HA) = (A-)
pH = pKa + log 1 cioè pH = pKa

Una soluzione tampone funziona in maniera ottimale ad un valore di pH pari al pKa dell’acido che la costituisce. Svolge ugualmente la propria funzione se i rapporti tra i suoi due componenti rimangano compresi tra 10:1 e 1:10.