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.