Dans quoi les solutions tampons sont-elles utilisées ?

Les solutions tampons sont l'un des types de réactifs chimiques les plus importants utilisés dans la recherche chimique, la recherche biologique et l'industrie. Leur utilité découle principalement de leur capacité à résister aux changements de pH. Si vous avez fait attention en classe de sciences, vous vous souviendrez peut-être que le pH est une unité d'acidité d'une solution. Aux fins de cette discussion, l'acidité peut être définie comme la concentration d'ions hydrogène (H+) en solution. Le degré d'acidité d'une solution affecte les réactions qui ont lieu et leur rapidité. La capacité de contrôler le pH est cruciale pour mener à bien un grand nombre de réactions chimiques, et les solutions tampons ont donc un grand nombre d'applications. Mais d'abord, il est important de comprendre comment fonctionnent les solutions tampons.

Les solutions tampons sont généralement une combinaison d'un acide et de sa base conjuguée. Comme nous l'avons appris ci-dessus, l'acidité peut être définie comme la concentration d'ions H+ en solution. Par conséquent, les acides sont des composés qui libèrent des ions H+ en solution. Si les acides augmentent la concentration de H+, il s'ensuit que les contraires, les bases, réduisent la concentration de H+.

Lorsqu'un acide perd un H+, il crée une base conjuguée. Ceci est mieux illustré en prenant un exemple, tel que CH3COOH (acide acétique). Lorsque CH3COOH agit comme un acide, il se dissocie en H+ et CH3COO- (acétate). CH3COO- est une base, car il peut accepter H+ pour créer de l'acide acétique. C'est donc la base conjuguée de l'acide acétique, ou la base qui est produite lorsque l'acide acétique libère un ion H+. Ce concept semble compliqué au début, mais soyez assuré qu'il n'est pas difficile de repérer les bases conjuguées dans les réactions réelles. C'est essentiellement ce qui reste de l'acide après la libération d'un ion H+.

Les réactions chimiques sont réversibles. Prenant notre réaction d'en haut comme exemple,

CH3COOH > CH3COO- et H+

CH3COO- et H+ (les produits) peuvent se combiner pour former CH3COOH (matière de départ), que nous appellerions la « réaction inverse ». Une réaction peut ainsi se dérouler à droite ou à gauche, en avant ou en arrière. Le principe de Le Chatelier est une règle stipulant que les côtés gauche et droit de la réaction préfèrent un certain équilibre ou rapport entre eux. Dans ce cas, le principe de Le Chatelier stipule essentiellement que si vous ajoutez plus de produit (H+ ou acétate), le réaction se déplacera vers la gauche (vers les matières premières) et la matière première (acide acétique) se formera dans réponse.

De même, si plus de produit est ajouté, plus de matière de départ se formera. Lorsque CH3COOH se forme, H+ est retiré de la solution car il se lie avec CH3COO-, et donc l'acidité de la solution n'augmentera pas. Le même principe général s'applique si une base est ajoutée, plus de H+ est libéré et le pH de la solution est inchangé. C'est la méthode par laquelle une solution tampon, ou une combinaison d'un acide et de sa base conjuguée, peut résister aux changements de pH.

Votre corps utilise des tampons pour maintenir un pH sanguin de 7,35 à 7,45, ainsi que dans un grand nombre de réactions biochimiques impliquant des enzymes. Les enzymes sont des composés très complexes nécessitant souvent des niveaux de pH précis pour réagir correctement, un rôle rempli par les tampons organiques produits par votre corps. Pour cette même raison, les tampons sont essentiels pour un biologiste ou un chimiste effectuant des expériences en laboratoire. Un certain pH sera souvent nécessaire pour que le processus étudié se produise, et les solutions tampons sont le seul moyen d'assurer ces conditions.

Les solutions tampons sont également largement utilisées dans l'industrie. Les processus industriels nécessitant des solutions tampons comprennent la fermentation, le contrôle des processus de teinture et la fabrication de produits pharmaceutiques.