Le soluzioni tampone sono uno dei più importanti tipi di reagenti chimici utilizzati nella ricerca chimica, nella ricerca biologica e nell'industria. La loro utilità deriva principalmente dalla loro capacità di resistere ai cambiamenti del pH. Se presti attenzione nella lezione di scienze, potresti ricordare che il pH è un'unità dell'acidità di una soluzione. Ai fini di questa discussione, l'acidità può essere definita come la concentrazione di ioni idrogeno (H +) in soluzione. Quanto è acida una soluzione influenza quali reazioni avvengono e quanto velocemente. La capacità di controllare il pH è fondamentale per completare con successo un gran numero di reazioni chimiche e quindi le soluzioni tampone hanno un vasto numero di applicazioni. Ma prima, è importante capire come funzionano le soluzioni tampone.

Acidi e basi coniugate

Le soluzioni tampone sono solitamente una combinazione di un acido e della sua base coniugata. Come abbiamo imparato sopra, l'acidità può essere definita come la concentrazione di ioni H + in soluzione. Pertanto, gli acidi sono composti che rilasciano ioni H + in soluzione. Se gli acidi aumentano la concentrazione di H +, ne consegue che gli opposti, le basi, riducono la concentrazione di H +.

Quando un acido perde un H +, crea una base coniugata. Questo è meglio illustrato prendendo un esempio, come CH3COOH (acido acetico). Quando CH3COOH agisce come un acido, si dissocia in H + e CH3COO- (acetato). CH3COO- è una base, in quanto può accettare H + per creare acido acetico. È quindi la base coniugata dell'acido acetico, o la base che viene prodotta quando l'acido acetico rilascia uno ione H +. Questo concetto sembra complicato all'inizio, ma è certo che non è difficile individuare le basi coniugate nelle reazioni reali. È essenzialmente ciò che rimane dell'acido dopo che è stato rilasciato uno ione H +.

Principi e tamponi di Le Chatelier

Le reazioni chimiche sono reversibili. Prendendo la nostra reazione dall'alto come esempio,

CH3COOH ----- > CH3COO- e H +

CH3COO- e H + (i prodotti) possono combinarsi per formare CH3COOH (materiale di partenza), che chiameremmo la "reazione inversa". Una reazione può quindi procedere a destra o a sinistra, avanti o indietro. Il principio di Le Chatelier è una regola che afferma che il lato destro e sinistro della reazione preferiscono un certo equilibrio o rapporto tra loro. In questo caso, il Principio di Le Chatelier afferma sostanzialmente che se si aggiunge più prodotto (H + o acetato), la reazione si sposta a sinistra (verso i materiali di partenza) e il materiale di partenza (acido acetico) si formerà in risposta.

Allo stesso modo, se viene aggiunto più prodotto, si formerà più materiale di partenza. Quando CH3COOH si forma, H + viene rimosso dalla soluzione quando si lega con CH3COO-, e quindi l'acidità della soluzione non aumenta. Lo stesso principio generale si applica se viene aggiunta una base, più H + viene rilasciato e il pH della soluzione è invariato. Questo è il metodo con cui una soluzione tampone, o una combinazione di un acido e la sua base coniugata, può resistere alle variazioni del pH.

Applicazioni delle soluzioni tampone

Il tuo corpo usa i buffer per mantenere un pH del sangue di 7,35-7,45, e anche in un numero enorme di reazioni biochimiche che coinvolgono enzimi. Gli enzimi sono composti molto complessi che spesso richiedono livelli di pH precisi per reagire correttamente, un ruolo ricoperto da tamponi organici prodotti dall'organismo. Per questo stesso motivo, i tamponi sono vitali per un biologo o un chimico che esegue esperimenti in laboratorio. Un certo pH sarà spesso richiesto per il processo in fase di studio, e le soluzioni tampone sono l'unico modo per garantire queste condizioni.

Anche le soluzioni tampone sono ampiamente utilizzate nell'industria. I processi industriali che richiedono soluzioni tampone includono la fermentazione, il controllo dei processi di tintura e la produzione di prodotti farmaceutici.