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SOLUTION TAMPON: FABRICATION, PROPRIETES.
Les propriétés acido-basiques des solutions contenant un acide faible et la base conjuguée de cet acide en quantités comparables sont telles que ces solutions sont appelées « solutions tampons ».
L’adjectif « tampon » rend compte de la très faible variation du pH de ces solutions quand on leur ajoute une faible quantité d’acide fort ou de base forte ou quand on les dilue modérément.
pH d’une solution tampon
Soit l’acide faible A et sa base conjuguée B ; ils peuvent se transformer chimiquement l’un dans l’autre suivant la réaction :
Et la relation ci-dessous est toujours vérifiée :
Cette relation peut s’écrire :
On déduit de cette relation que si le rapport
Variation du pH d’une solution tampon par addition d’acide fort.
Ajouter un acide fort revient à ajouter des ions H3O+ dans la solution, donc à perturber l’équilibre :
Effectuons le bilan sur un litre de solution contenant a mol de A, b mol de B et h mol d’ions H3O+.Puis rajoutons x mol d’acide fort, c’est à dire d’ions H3O+ :
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A |
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D |
B |
+ H3O+ |
pH |
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Etat initial |
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Ajout d’acide fort |
a |
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b |
h + x |
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Etat final |
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pH’ = ? |
La nouvelle valeur du pH devient :
Si la constante Ka est très petite par rapport à 1, alors la réaction sera fortement déplacée vers la gauche et on aura y ~ x, et l’on calculera une valeur de h’ voisine de celle de h, soit une valeur de pH’ proche de celle de pH :
Exemple : soit une solution tampon composée d’un mélange de 500 mL d’une solution d’acide éthanoïque à 0,40 mol.L-1 et de 500mL d’une solution d’éthanoate de sodium (Na+ ,CH3COO- ) à 0,60 mol.L-1. Quel est son pH ? (Le pKa du couple acide éthanoïque / ion éthanoate vaut 4,80 )
L’addition des deux solutions fournit un litre de solution tampon contenant 0,20 mol d’acide éthanoïque et 0,30 mol d’ion éthanoate. En utilisant les notations ci-dessus, on a donc a = 0,20 et b = 0, 30 soit pH = 4,80 + log ( 0,30 / 0,20) = 4,98. La grandeur notée h vaut donc h = 1,06 10 -5 mol.
On ajoute à un litre de cette solution 10 mL d’acide chlorhydrique concentré, correspondant à 0,10 mol. En négligeant la variation de volume, calculez le pH obtenu ; comparez au pH de la solution obtenue en versant la même quantité d’acide dans un litre d’eau pure.
Faisons le bilan en mol dans un litre de solution comme ci-dessus :
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CH3COOH |
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ó |
CH3COO- |
+ H3O+ |
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a = 0,20 |
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b = 0,30 |
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0,20 |
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0,30 |
~ 0,10 |
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a’= 0,30 |
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b’ = 0,20 |
h’ |
On calcule donc pH’ = 4,80 + log (0,20 / 0,30) = 4,62 soit h’ = 2,4 10 –5 mol.
On constate que pratiquement tout l’acide introduit a réagi avec l’ion éthanoate.
Si l’on avait versé 0,10 mol d’acide fort dans un litre d’eau pure, la concentration en ions hydronium serait de 0,10 mol.L-1 et le pH serait 1,0.
La différence de propriétés est spectaculaire entre une solution tampon et de l’eau.
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