VII.14.1. Soluții tampon.

Soluțiile tampon sunt amestecuri de acizi și bazele lor conjugate, în anumite proporții, care își păstrează constantă valoarea pH-ului, la adăugarea de cantități mici de acizi sau baze.

Soluția tampon conține un acid și o bază care aparțin aceleiași perechi și care pot neutraliza acidul, respectiv baza adăugată.

Soluția tampon poate fi formată :

• dintr-o bază slabă și o sare a acidului său conjugat;

• dintr-un acid slab și o sare a bazei sale conjugate.

Raportul de tamponare este raportul concentrațiilor acid : sare sau bază : sare, care determină valoarea pH-ului soluției tampon.

De exemplu, un amestec de soluție de amoniac și clorură de amoniu, cu concentrații egale, este o soluție tampon. Acest amestec are o acțiune tampon deoarece conține o bază slabă (NH₃), acidul conjugat acestei baze ((NH₄⁺) și anionul Cl^-, în concentrații egale.

Anionul Cl^- este o bază foarte slabă (provine de la acidul tare HCl), astfel încât putem considera [NH₄⁺] = [NH₃], în această soluție.

• Când soluției tampon îi adăugăm cantități mici de soluție HCl avem următoarele reacții :
  HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl^-
  H₃O⁺ + NH₃ ⇄ NH₄⁺ + H₂O

Observăm că acidul format de HCl cu apa (H₃O⁺) este neutralizat de NH₃ cu formare de NH₄Cl.

• Când soluției tampon îi adăugăm cantități mici de soluție NaOH avem următoarele reacții :
  NaOH → Na⁺ + OH^-
  NH₄⁺ + OH^- ⇄ NH₃ + H₂O

Observăm că baza formată de NaOH cu apa (OH^-) este neutralizată de NH₄⁺ cu formare de NH₃.

👀 Experiment: Ce este o soluție tampon?
🔥 Atenție! Acidul clorhidric, acidul acetic și hidroxidul de sodiu sunt substanțe caustice!
🔥 Atenție! Acidul acetic este iritant!

Materiale necesare:
Soluție 0,5 M HCl, soluție 0,5 M NaOH, soluție 0,5 M CH₃COOH, soluție 0,5 M CH₃COONa, metiloranj, 4 pahare Berzelius.

Descrierea experimentului:

• Pune în paharul A: 10 mL sol. 0,5 M de HCl și câteva picături de metiloranj. Soluția cu metiloranj se înroșește în mediu acid.
• Pune în paharul B : 10 mL sol. 0,5 M de NaOH și câteva picături de metiloranj. Soluția cu metiloranj se îngălbenește în mediu bazic.
• Pune în paharul T₁ : 5 mL sol. 0,5 M de CH₃COOH + 5 mL sol. 0,5 M de CH₃COONa și câteva picături de metiloranj. Soluția de metiloranj rămâne portocalie, ca în mediu neutru.
• Pune în paharul T₂ : 3 mL sol. 0,5 M de CH₃COOH + 3 mL sol. 0,5 M de CH₃COONa și câteva picături de metiloranj. Soluția de metiloranj rămâne portocalie, ca în mediu neutru.
• Adaugă în paharul A : 1 mL sol. 0,5 M de NaOH.
• Ce observi ?

  În paharul A cu acid, adăugarea unei baze schimbă culoarea soluției și pH-ul soluției.

• Adaugă în paharul B : 1 mL sol. 0,5 M de HCl.
• Ce observi ?

  În paharul B cu bază, adăugarea unui acid schimbă culoarea soluției și pH-ul soluției.

• Adaugă în paharul T₁ : 1 mL sol. 0,5 M de NaOH.
• Ce observi ?

  În paharul T₁ cu soluție tampon, adăugarea unei baze nu schimbă culoarea soluției și nici pH-ul soluției.

• Adaugă în paharul T₂ : 1 mL sol. 0,5 M de HCl.
• Ce observi ?

  În paharul T₂ cu soluție tampon, adăugarea unui acid nu schimbă culoarea soluției și nici pH-ul soluției.

Concluzia experimentului:

În paharele T₁ și T₂, amestecul format din sol. 0,5 M de CH₃COOH + sol. 0,5 M de CH₃COONa este o soluție tampon, care nu își schimbă pH-ul la adăugarea de mici cantități de bază sau de acid.

Acest amestec are o acțiune tampon deoarece conține un acid slab (CH₃COOH), baza conjugată acestui acid (CH₃COO^-) și cationul Na⁺, în concentrații egale.

Cationul Na⁺ este un acid foarte slab (provine de la baza tare NaOH), astfel încât putem considera [CH₃COO^-] = [CH₃COOH].

• Când soluției tampon îi adăugăm cantități mici de soluție HCl avem următoarele reacții :
  HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl^-
  H₃O⁺ + CH₃COO^- ⇄ CH₃COOH + H₂O

Observăm că acidul format de HCl cu apa (H₃O⁺) este neutralizat de CH₃COO^- cu formare de CH₃COOH.

• Când soluției tampon îi adăugăm cantități mici de soluție NaOH avem următoarele reacții :
  NaOH (aq) → Na⁺ + OH^-
  OH^- + CH₃COOH ⇄ CH₃COO^- + H₂O

Observăm că baza formată de NaOH cu apa (OH^-) este neutralizată de CH₃COOH din soluția tampon.