I tamponi resistono alle variazioni di pH quando vengono aggiunte piccole quantità di acido o base grazie alla loro composizione unica. Un tampone è tipicamente costituito da un acido debole e dalla sua base coniugata, oppure da una base debole e dal suo acido coniugato. Quando una piccola quantità di acido viene aggiunta ad una soluzione tampone, l'acido debole dona protoni (H+) alla soluzione, prevenendo una significativa diminuzione del pH. Al contrario, quando viene aggiunta una piccola quantità di base, la base coniugata accetta protoni, impedendo un aumento significativo del pH.

Ecco una spiegazione semplificata:

1. Tampone acido debole :

Consideriamo una soluzione tampone contenente un acido debole (HA) e la sua base coniugata (A-). Quando viene aggiunta una piccola quantità di acido, si verifica la seguente reazione:

HA + H+ → A- + H3O+ (ione idronio)

In questa reazione, l'acido debole (HA) dona protoni alla soluzione, combinandosi con gli ioni H+ aggiunti per formare una quantità maggiore della sua base coniugata (A-). Ciò impedisce una diminuzione significativa del pH poiché gli ioni H+ aggiuntivi vengono consumati dall'acido debole.

2. Buffer di base debole :

Allo stesso modo, una soluzione tampone contenente una base debole (B) e il suo acido coniugato (HB+) può neutralizzare piccole quantità di base aggiunta:

B + OH- → HB+ + H2O (Acqua)

In questo caso, l'acido coniugato (HB+) accetta gli ioni idrossido aggiunti (OH-), convertendoli in molecole d'acqua e aumentando la concentrazione della sua base coniugata (B). Ciò impedisce un aumento sostanziale del pH perché gli ioni OH- aggiunti vengono effettivamente rimossi.

La capacità tampone o capacità tampone determina la quantità di acido o base che un tampone può neutralizzare prima che il suo pH cambi in modo significativo. Questa capacità dipende dalle concentrazioni dell'acido debole e della sua base coniugata (o della base debole e del suo acido coniugato) nella soluzione tampone. I tamponi sono essenziali in varie applicazioni, inclusi i sistemi biologici (dove il pH è fondamentale per l'attività enzimatica), la chimica analitica (mantenimento di un pH stabile per le titolazioni) e i processi industriali (controllo del pH nella produzione).