Nella chimica acido-base, un agente tampone è una sostanza che può essere utilizzata per mantenere una soluzione a un pH costante, o livello di acidità-alcalinità. Gli acidi in soluzione acquosa forniscono ioni idronio (H3O+), 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 idronio o idrossido aggiuntivi che vengono introdotti quando si aggiunge un acido o una base senza alcuna alterazione del rapporto H3O+/OH- e quindi senza variazione del pH. I tamponi naturali 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 anioni con carica negativa. Gli ioni H+ si combinano con l’acqua per formare ioni idronio (H3O+) 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 + H2O → H3O+ + 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 nell’acqua è costituito quasi interamente da ioni idrossido e ioni cloruro, il che lo rende un acido forte. In un acido debole, invece, la reazione inversa è significativa perché la base coniugata è più forte e quindi la concentrazione di ioni idronio è minore.
Una miscela contenente un sale di un acido debole insieme all’acido da cui è derivata può essere spesso utilizzata 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, in quanto un agente tamponante acido ha bisogno di grandi quantità di acido per essere presente in forma non ionizzata e perché il pH, in ogni caso, di solito deve essere mantenuto a un livello quasi neutro o valore solo moderatamente acido o alcalino. Allo stesso modo, un agente tampone alcalino di solito comporta un sale di un alcali debole insieme all’alcali stesso.
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 di esso non sarà ionizzato. Aggiungendo un acido, gli ioni idronio aggiuntivi reagiranno con gli ioni acetato dell’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 (OH-) aggiuntivi 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 una serie di 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 diversa acidità e alcalinità può entrare nel flusso sanguigno dal cibo che viene ingerito, è necessario un agente tampone per garantire il mantenimento di questo valore. Ciò è ottenuto da una combinazione di ioni di acido carbonico (H2CO3) e idrogenocarbonato (HCO3-).
Gli agenti tamponanti sono ampiamente utilizzati nell’industria e in molti prodotti comuni. Sono utilizzati nei detersivi, negli alimenti e nella produzione di 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 ‘1960 da NE Good, sono un gruppo di agenti tampone accuratamente progettati per non interferire con le reazioni biologiche.