Chimie d’introduction – 1ère Édition canadienne

Comme indiqué à la section 12.4 « Acides et Bases forts et Faibles et leurs Sels », les acides faibles sont relativement courants, même dans les aliments que nous mangeons. Mais nous rencontrons parfois un acide ou une base forte, comme l’acide gastrique, qui a un pH fortement acide de 1,7. Par définition, les acides et bases forts peuvent produire une quantité relativement importante d’ions H+ ou OH− et ont par conséquent des activités chimiques marquées. De plus, de très petites quantités d’acides et de bases forts peuvent modifier très rapidement le pH d’une solution. Si 1 mL d’acide gastrique était ajouté à la circulation sanguine et qu’aucun mécanisme de correction n’était présent, le pH du sang diminuerait d’environ 7,4 à environ 4,7 — un pH qui n’est pas propice à la vie continue. Heureusement, le corps dispose d’un mécanisme pour minimiser ces changements de pH spectaculaires.

Le mécanisme implique un tampon, une solution qui résiste à des changements spectaculaires de pH. Les tampons le font en étant composés de certaines paires de solutés: soit un acide faible plus un sel dérivé de cet acide faible, soit une base faible plus un sel de cette base faible. Par exemple, un tampon peut être composé de HC2H3O2 dissous (un acide faible) et de NaC2H3O2 (le sel dérivé de cet acide faible). Un autre exemple de tampon est une solution contenant du NH3 (une base faible) et du NH4Cl (un sel dérivé de cette base faible).

Utilisons un tampon HC2H3O2 / NaC2H3O2 pour démontrer le fonctionnement des tampons. Si une base forte − une source d’ions OH— (aq) − est ajoutée à la solution tampon, ces ions OH- réagiront avec le HC2H3O2 dans une réaction acide−base:

HC2H3O2 (aq) + OH− (aq) → H2O (ℓ) +C2H3O2− (aq)

Plutôt que de changer radicalement le pH en rendant la solution basique, les ions OH-ajoutés réagissent pour produire du H2O, de sorte que le pH ne change pas beaucoup.

Si un acide fort — une source d’ions H+ — est ajouté à la solution tampon, les ions H+ réagiront avec l’anion du sel. Parce que HC2H3O2 est un acide faible, il n’est pas beaucoup ionisé. Cela signifie que si beaucoup d’ions H+ et d’ions C2H3O2− sont présents dans la même solution, ils se réuniront pour produire HC2H3O2:

H + (aq) + C2H3O2− (aq) → HC2H3O2 (aq)

Plutôt que de changer radicalement le pH et de rendre la solution acide, les ions H+ ajoutés réagissent pour former des molécules d’un acide faible. La figure 12.2 ”Les actions des tampons » illustre les deux actions d’un tampon.

Les tampons fabriqués à partir de bases faibles et de sels de bases faibles agissent de la même manière. Par exemple, dans un tampon contenant NH3 et NH4Cl, les molécules NH3 peuvent réagir avec tout excès d’ions H+ introduits par des acides forts :

NH3(aq) + H + (aq) → NH4+ (aq)

tandis que l’ion NH4+ (aq) peut réagir avec tous les ions OH− introduits par des bases fortes:

NH4+(aq) + OH− (aq) → NH3 (aq) + H2O (ℓ)

Tampons ne travaillez bien que pour des quantités limitées d’acide ou de base forte ajoutés. Une fois que l’un ou l’autre soluté a complètement réagi, la solution n’est plus un tampon et des changements rapides de pH peuvent se produire. Nous disons qu’un tampon a une certaine capacité. Les tampons qui contiennent plus de soluté dissous pour commencer ont des capacités plus importantes, comme on pouvait s’y attendre.

Le sang humain a un système tampon pour minimiser les changements extrêmes de pH. Un tampon dans le sang est basé sur la présence de HCO3− et de H2CO3. Avec ce tampon présent, même si un peu d’acide gastrique se retrouvait directement dans la circulation sanguine, le changement du pH du sang serait minime. À l’intérieur de nombreuses cellules du corps, il existe un système tampon basé sur des ions phosphate.