Che cos'è un agente di buffering?

Nella chimica acido-base, un agente tampone è una sostanza che può essere utilizzata per mantenere una soluzione a pH costante o livello di acidità-alcalinità. Gli acidi in soluzione acquosa forniscono ioni idronio (H ₃ O ⁺ ), mentre gli alcali forniscono ioni idrossido (OH ^- ). Il pH della soluzione è una misura delle concentrazioni relative di questi ioni. Una soluzione contenente un agente tampone può, fino a un certo punto, assorbire gli ioni idrossido o idrossido aggiuntivi che vengono introdotti quando si aggiunge un acido o una base senza alterare il rapporto H ₃ O ⁺ / OH, e quindi nessuna variazione del pH . I tamponi presenti in natura si trovano nei sistemi biologici e gli agenti tampone hanno molti usi in chimica e nell'industria.

Quando un acido viene sciolto in acqua, si ionizzerà, in misura maggiore o minore, in ioni H + e in anioni con carica negativa. Gli ioni H ^{+ si} combinano con l'acqua per formare ioni idronio (H ₃ O ⁺ ) e l'anione negativo è noto come base coniugata. L'acido cloridrico acquoso, ad esempio, forma ioni idronio e la base coniugata è lo ione cloruro: HCl + H ₂ O → H ₃ O ⁺ + Cl ^- . La base coniugata può reagire con gli ioni idronio per riformare l'acido, ma in questo caso lo ione cloruro è una base debole, quindi l'acido cloridrico in acqua è costituito quasi interamente da ioni idrossonio e ioni cloruro, rendendolo un acido forte. In un acido debole, tuttavia, la reazione inversa è significativa perché la base coniugata è più forte e quindi la concentrazione di ioni idronio è più bassa.

Una miscela contenente un sale di un acido debole insieme all'acido da cui è derivata può spesso essere usata come agente tampone acido; il sale assicura un abbondante apporto di base coniugata dell'acido. Gli acidi forti e i loro sali non sono utili come agenti tamponanti, poiché un agente tampone acido ha bisogno di grandi quantità di acido per essere presente in forma non ionizzata e poiché il pH, in ogni caso, deve di solito essere mantenuto a un livello quasi neutro o solo un valore moderatamente acido o alcalino. Allo stesso modo, un agente tampone alcalino di solito comporta un sale di un alcali debole insieme allo stesso alcali.

Un semplice esempio di soluzione tampone acida è una soluzione acquosa di acido acetico e acetato di sodio. L'acido acetico è un acido debole, quindi la maggior parte non verrà ionizzata. All'aggiunta di un acido, gli ioni di idronio aggiuntivi reagiranno con gli ioni acetato dall'acetato di sodio, formando più acido acetico, che rimarrà per lo più non ionizzato e quindi non avrà molto effetto sul pH. Quando viene aggiunto un alcali, gli ioni idrossido aggiuntivi (OH ^- ) reagiranno con l'acido acetico per formare ioni acetato e acqua e con la minore quantità di ioni idronio per formare più acqua, sempre con scarso effetto sul pH.

Gli organismi viventi impiegano agenti tampone in diversi ruoli. Ad esempio, il pH del sangue deve essere mantenuto vicino a 7,4 - leggermente sul lato alcalino del neutro. Dato che un'ampia varietà di sostanze chimiche di varia acidità e alcalinità può penetrare nel flusso sanguigno dal cibo ingerito, è necessario un agente tampone per garantire il mantenimento di questo valore. Questo risultato è ottenuto da una combinazione di ioni acido carbonico (H ₂ CO ₃ ) e idrogeno carbonato (HCO ₃ ^- ).

Gli agenti tamponanti sono ampiamente utilizzati nell'industria e in molti prodotti comuni. Sono utilizzati nei detergenti, negli alimenti e nella preparazione della birra per garantire che il pH rimanga entro l'intervallo richiesto dai lieviti responsabili della fermentazione. Lo shampoo funziona meglio quando è leggermente acido e generalmente contiene un agente tampone per prevenire la perdita di acidità durante l'uso. I tamponi sono anche molto usati in biologia e biochimica. I tamponi di Good, sviluppati negli anni '60 da NE Good, sono un gruppo di agenti tamponanti attentamente progettati per non interferire con le reazioni biologiche.