🛡️ La solution tampon : le pH qui résiste
Ton sang reste à pH 7,4 que tu manges un citron ou une pizza : il est tamponné ! Une solution tampon, c'est un duo acide faible + base conjuguée qui avale sans broncher les ions H₃O⁺ et HO⁻ qu'on lui jette. Mets-la au défi à côté d'un bécher d'eau pure… et cherche son point faible.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Une goutte d'acide chlorhydrique fait chuter le pH de l'eau pure de 7 à environ 3, alors que celui du tampon ne bouge que de quelques centièmes : la base A− du tampon consomme les ions H3O+ versés (A− + H3O+ → AH + H2O).
- Dans la rangée de molécules, quelques A− (orange) deviennent AH (bleu) quand on ajoute de l'acide, et l'inverse avec la soude. Tant qu'il reste beaucoup des deux formes, le rapport [A−]/[AH] change peu, donc le pH aussi.
- Quand on dilue, [A−] et [AH] sont divisées par le même nombre : leur rapport, et donc le pH du tampon, ne changent pas. Une solution d'acide fort de même pH, elle, gagne une unité de pH à chaque dilution par 10.
- Sur le graphique, la courbe du tampon présente un long palier autour du pKa (zone colorée), alors que celle de l'eau pure fait un saut vertical dès la première goutte. Au bout du palier, le tampon est épuisé et le pH s'envole.
- Le sang est tamponné par le couple CO2,H2O / HCO3− : avec 20 fois plus d'ions hydrogénocarbonate que de CO2 dissous, pH = 6,1 + log 20 = 7,4.
Expériences à faire
- Ajoute 1 mL d'acide chlorhydrique à 0,1 mol/L : de combien varient les deux pH ? Recommence dix fois.
- Compare le tampon à une solution d'acide fort de même pH, puis dilue 10 fois : laquelle garde son pH ?
- Combien de millimoles de soude faut-il pour épuiser le tampon éthanoïque de départ ? Compare avec la quantité d'acide éthanoïque présente.
- Divise par 10 les concentrations des deux formes du tampon : le pH de départ change-t-il ? Et sa résistance aux ajouts ?
- Avec ✏️ Mon couple, quel pKa choisir pour fabriquer un tampon de pH 3 ? Et de pH 10 ?
La chimie derrière l'animation
- Une solution tampon est une solution dont le pH varie peu lors de l'ajout modéré d'un acide ou d'une base, ou lors d'une dilution. On la prépare en mélangeant un acide faible AH et sa base conjuguée A− en quantités voisines.
- Pour un couple AH/A− : Ka = [A−]éq·[H3O+]éq / ([AH]éq·c°), d'où pH = pKa + log([A−]/[AH]). Si [A−] = [AH], alors pH = pKa.
- Un ajout d'acide est consommé par la base du tampon : A− + H3O+ → AH + H2O ; un ajout de base par son acide : AH + HO− → A− + H2O. Le rapport [A−]/[AH] change peu tant que les quantités ajoutées restent petites devant celles du tampon.
- Un tampon est efficace pour pH ≈ pKa ± 1 : on choisit le couple dont le pKa est proche du pH voulu. Plus les concentrations des deux formes sont grandes, plus le tampon résiste (pouvoir tampon).
- Dans le sang (pH = 7,4), le couple CO2,H2O / HCO3− (pKa = 6,1 à 37 °C) est le principal tampon. Modèle de l'animation : 25 °C, Ke = 10−14, activités assimilées aux concentrations.
D'autres animations
La chromatographie sur couche mince
Fais monter l'éluant, révèle la plaque sous UV ou au diiode, mesure les Rf et démasque les constituants d'un mélange mystère.
Manipuler →Préparer une solution par dilution
Pipette jaugée, fiole jaugée, trait de jauge : dilue une solution colorée, calcule le facteur de dilution et construis ton échelle de teinte.
Manipuler →Construis ton atome
Glisse protons, neutrons et électrons : élément, symbole, isotopes, ions, configuration électronique et règle de l'octet en direct.
Manipuler →Et maintenant, on passe aux choses sérieuses ? 😉
ExpoSinus est un site d'éducation : les jeux et les articles sont là pour donner envie, les cours et les exercices pour progresser vraiment.