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Pouvoir tampon : cette solution résiste-t-elle aux variations de pH ?

Calculez le pouvoir tampon β d'un couple acide faible et base conjuguée à partir de la concentration totale, du pKa et du pH, et voyez à quel point vous êtes proche du maximum.

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Résultats

Pouvoir tampon β

0,05342 mol/L par unité de pH

À moins d'une unité de pH du pKa : la zone utile du tampon
Pouvoir tampon maximal, à pH = pKa
0,0576 mol/L par unité de pH
Part du maximum
93 %
Rapport base sur acide [A⁻]/[HA]
1,738

Qu’est-ce que le pouvoir tampon ?

Un tampon résiste aux variations de pH quand on ajoute un acide ou une base. Le pouvoir tampon β mesure cette résistance : c’est la quantité d’acide fort ou de base forte (en mol par litre) qu’il faut ajouter pour faire varier le pH d’une unité. Plus β est grand, plus le tampon est efficace.

La formule

Pour un couple acide faible / base conjuguée de concentration totale C, en négligeant la contribution de l’eau :

β = 2,303 × C × Ka × [H⁺] ÷ (Ka + [H⁺])²

avec Ka = 10^−pKa et [H⁺] = 10^−pH. Le pouvoir tampon est maximal quand pH = pKa, c’est-à-dire quand l’acide et sa base conjuguée sont en quantités égales. Il vaut alors :

β max = 2,303 × C ÷ 4 ≈ 0,576 × C

Exemple

Un tampon acétate (pKa 4,76) à 0,1 mol/L et pH 5,0 :

  • [H⁺] = 10⁻⁵, Ka ≈ 1,74 × 10⁻⁵ ;
  • β ≈ 2,303 × 0,1 × 1,74 × 10⁻⁵ × 10⁻⁵ ÷ (2,74 × 10⁻⁵)² ≈ 0,053 mol/L par unité de pH ;
  • c’est environ 93 % du maximum, 0,0576.

Le rapport [A⁻]/[HA] vaut 10^(5,0 − 4,76) ≈ 1,74, d’après l’équation de Henderson-Hasselbalch.

Zone utile

Le pouvoir tampon chute vite quand on s’éloigne du pKa : à pKa ± 1, il ne reste qu’environ un tiers du maximum. On retient donc qu’un tampon s’utilise dans une zone de pKa ± 1. Pour un pH cible de 7,4, on choisira par exemple un tampon phosphate (pKa 7,2), HEPES (7,5) ou Tris (8,1, à la limite).

Couples courants

Tampon pKa à 25 °C
Acétate 4,76
MES 6,1
Phosphate (H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻) 7,2
HEPES 7,5
Tris 8,1
Ammonium 9,25

Limites

La formule utilise les concentrations et non les activités : à force ionique élevée, le pKa apparent se déplace. Le pKa dépend aussi de la température, très nettement pour le Tris (environ −0,03 unité par degré). Aux pH très acides ou très basiques, l’eau elle-même contribue au pouvoir tampon, ce que le calcul simplifié ignore.

Questions fréquentes

Comment calculer le pouvoir tampon ?

β = 2,303 × C × Ka[H⁺] ÷ (Ka + [H⁺])², où C est la concentration totale de l'acide et de sa base conjuguée.

À quel pH le pouvoir tampon est-il maximal ?

À pH = pKa, quand l'acide et la base sont en quantités égales ; il vaut alors environ 0,576 × C.

Quelle est la zone d'efficacité d'un tampon ?

Environ pKa ± 1. À une unité du pKa, le pouvoir tampon tombe à près d'un tiers de son maximum.

La concentration change-t-elle le pouvoir tampon ?

Oui, il est proportionnel à la concentration totale : un tampon à 0,1 mol/L résiste dix fois mieux qu'un tampon à 0,01 mol/L.

Ce calculateur vous a-t-il été utile ?

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