In cosa vengono utilizzate le soluzioni tampone?

Le soluzioni tampone sono uno dei tipi più importanti 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 di pH. Se hai prestato attenzione durante le lezioni 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. Il grado di acidità di una soluzione influisce su quali reazioni avvengono e con quale rapidità. La capacità di controllare il pH è fondamentale per completare con successo un gran numero di reazioni chimiche, quindi le soluzioni tampone hanno un vasto numero di applicazioni. Ma prima, è importante capire come funzionano le soluzioni tampone.

Le soluzioni tampone sono solitamente una combinazione di un acido e della sua base coniugata. Come abbiamo appreso 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, poiché può accettare H+ per creare acido acetico. È quindi la base coniugata dell'acido acetico, ovvero la base che viene prodotta quando l'acido acetico rilascia uno ione H+. Questo concetto sembra complicato all'inizio, ma ti assicuro che non è difficile individuare le basi coniugate nelle reazioni reali. È essenzialmente ciò che rimane dell'acido dopo il rilascio di uno ione H+.

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

CH3COOH > CH3COO- e H+

CH3COO- e H+ (i prodotti) possono combinarsi per formare CH3COOH (materiale di partenza), che chiameremmo "reazione inversa". Una reazione può quindi procedere a destra oa sinistra, avanti o indietro. Il principio di Le Chatelier è una regola che afferma che il lato sinistro e destro 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), il la reazione si sposterà a sinistra (verso i materiali di partenza) e il materiale di partenza (acido acetico) si formerà in risposta.

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

Il tuo corpo usa i tamponi per mantenere un pH del sangue di 7,35-7,45 e anche in un numero enorme di reazioni biochimiche che coinvolgono gli enzimi. Gli enzimi sono composti molto complessi che spesso richiedono livelli di pH precisi per reagire correttamente, un ruolo svolto dai tamponi organici prodotti dal tuo corpo. Per questo stesso motivo, i tamponi sono vitali per un biologo o un chimico che esegue esperimenti in laboratorio. Spesso sarà necessario un certo pH affinché il processo in esame si verifichi e le soluzioni tampone sono l'unico modo per garantire queste condizioni.

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