Préparation de solution tampon

Résumé du document

Nous allons au travers ce projet étudier la préparation de solutions tampons. Les tampons dits à pH sont les plus connus mais il faut savoir qu'il en existe d'autres. En effet on trouve aussi des solutions tampons redox qui vont maintenir le potentiel redox à peu près constant, ou encore des tampons ioniques qui vont stabiliser la force ionique des solutions. Dans tous les cas le but est commun : stabiliser un milieu réactionnel.

Extraits

[...] L'adjectif associé est amphotère. Par exemple, le produit le plus répandu sur terre, l'eau, est un ampholyte et a donc des propriétés amphotères. L'eau se comporte comme un acide : L'eau se comporte comme une base : On écrit donc : Autre exemple d'espèce à caractère amphotère : Les ions dihydrogénophosphates H2PO4- et hydrogénophosphates HPO42- : 2 Les solutions tampons 1. Définition d'une solution tampon En chimie, on appelle solution tampon une solution qui, dans un milieu réactionnel, maintient le pH approximativement stable malgré : - l'ajout de petites quantités d'acides - l'ajout de petites quantités de bases - une dilution Cela implique que la pente du dosage pH métrique d'une solution tampon soit la plus faible possible dans la zone de pH où elle joue le rôle de tampon (tampon à la neutralisation), mais aussi que le pH soit peu dépendant de la concentration de cette solution tampon ( tampon à la dilution). [...]

[...] Dans notre cas nous nous limiterons aux solutions tampons pH. Il nous faudra donc pour cela introduire quelques notions d'acides et de bases. Ces notions sont régies par plusieurs théories, celle qui nous intéresse est la théorie de Bronsted-Lowrie, nous verrons aussi les principaux points de la théorie sur les réactions acido-basiques, dans une première partie. Nous irons ensuite dans le vif du sujet : à savoir donner une définition d'une solution tampon, et surtout quels acides et quelles bases pouvons-nous utiliser pour préparer ces solutions. [...]

[...] En général on introduit de l'acide fort jusqu'à la demi-équivalence, c'est à dire jusqu'à ce que la concentration en acide conjugué soit égale à celle de la base faible pour atteindre pH = pKa. Prenons à nouveau un exemple pour illustrer. Nous allons nous servir ici du couple ion ammonium / ammoniaque (pKa = pour faire une solution tampon à pH = 9,3. - On dispose d'une solution d'ammoniaque à concentration M. - On va introduire n quantité de matière de cette solution dans un bêché par exemple. [...]

[...] Utilisation pour faire une solution tampon?? Non! Car si les acides et bases fortes sont des tampons satisfaisants vis-à-vis de la neutralisation, la dépendance pH concentration en font de très mauvais tampons à la dilution. On les classe donc dans la catégorie des solutions pseudo-tampon. Les acides faibles Les acides faibles, contrairement aux acides forts, ne se dissocient pas totalement dans l'eau, il y a un équilibre réactionnel qui se forme et qui est caractérisé par une constante d'acidité : Ka (vu précédemment). [...]

[...] Considérons une solution contenant : 1. Un acide faible AH et sa base conjuguée ( concentration volume constante d'acidité Ka) 2. Base forte MOH ( concentration cb, volume vb) 3. Acide fort HX (concentration c1, volume v1) On établi l'équation de l'électroneutralité qui traduit le fait qu'il n'y ai pas de variation de la charge globale de la solution : Il y a conservation de la matière dans notre solution on peut écrire : Si on isole la concentration en ion dans l'équation précédente on obtient : On peut donc récrire l'équation de l'électroneutralité : De l'équation précédente on peut isoler cb : Ici on a choisi d'ajouter une base forte, on obtient en négligeant la dilution, puisque dans ces conditions : et c1 sont constants, si on dérive cb par rapport à : Or β s'exprime par la dérivé en fonction de pH, il faut donc effectuer une dérivé composée : On obtient en dérivant : Finalement, on a une expression de β un peu compliquée : On peut négliger les concentrations en ion oxonium et hydroxyle devant les concentrations des autres espèces en solutions, ce qui impose que la solution ne soit pas trop diluée, on obtient finalement : 4.2 Les variations du pouvoir tampon On a vu que le pouvoir tampon ne mesurait que le pouvoir tampon à la neutralisation, que plus le pouvoir tampon est élevé plus la solution tampon aura la capacité de résister aux variations de pH. [...]