En chimie acide-base, un agent tampon est une substance qui peut être utilisée pour maintenir une solution à un pH constant, ou un niveau d’acidité-alcalinité. Les acides en solution aqueuse fournissent des ions hydronium (H3O+), tandis que les alcalis fournissent des ions hydroxyde (OH-). Le pH de la solution est une mesure des concentrations relatives de ces ions. Une solution contenant un agent tampon peut, jusqu’à un certain point, absorber les ions hydronium ou hydroxyde supplémentaires qui sont introduits lors de l’ajout d’un acide ou d’une base sans aucune altération du rapport H3O+/OH-, et donc sans changement de pH. Les tampons naturels se trouvent dans les systèmes biologiques et les agents tampons ont de nombreuses utilisations en chimie et dans l’industrie.
Lorsqu’un acide est dissous dans l’eau, il s’ionisera, dans une plus ou moins grande mesure, en ions H+ et en anions chargés négativement. Les ions H+ se combinent avec l’eau pour former des ions hydronium (H3O+) et l’anion négatif est connu sous le nom de base conjuguée. L’acide chlorhydrique aqueux, par exemple, forme des ions hydronium et la base conjuguée est l’ion chlorure : HCl + H2O → H3O+ + Cl-. La base conjuguée peut réagir avec les ions hydronium pour reformer l’acide, mais dans ce cas, l’ion chlorure est une base faible, donc l’acide chlorhydrique dans l’eau se compose presque entièrement d’ions hydroxonium et d’ions chlorure, ce qui en fait un acide fort. Dans un acide faible, cependant, la réaction inverse est importante car la base conjuguée est plus forte et donc la concentration en ions hydronium est plus faible.
Un mélange contenant un sel d’un acide faible avec l’acide dont il est dérivé peut souvent être utilisé comme agent tampon acide ; le sel assure un approvisionnement abondant de la base conjuguée de l’acide. Les acides forts et leurs sels ne sont pas utiles comme agents tampons, car un agent tampon acide a besoin de grandes quantités d’acide sous forme non ionisée et parce que le pH, dans tous les cas, doit généralement être maintenu à un niveau presque neutre ou valeur moyennement acide ou alcaline. De même, un agent tampon alcalin implique généralement un sel d’un alcali faible avec l’alcali lui-même.
Un exemple simple d’une solution tampon acide est une solution aqueuse d’acide acétique et d’acétate de sodium. L’acide acétique est un acide faible, donc la majeure partie ne sera pas ionisée. Lors de l’ajout d’un acide, les ions hydronium supplémentaires réagiront avec les ions acétate de l’acétate de sodium, formant plus d’acide acétique, qui restera principalement non ionisé et n’aura donc pas beaucoup d’effet sur le pH. Lorsqu’un alcali est ajouté, les ions hydroxyde (OH-) supplémentaires réagiront avec l’acide acétique pour former des ions acétate et de l’eau, et avec la plus petite quantité d’ions hydronium pour former plus d’eau, encore une fois avec peu d’effet sur le pH.
Les organismes vivants emploient des agents tampons dans un certain nombre de rôles. Par exemple, le pH du sang doit être maintenu proche de 7.4 – légèrement du côté alcalin du neutre. Étant donné qu’une grande variété de produits chimiques d’acidité et d’alcalinité variables peuvent pénétrer dans la circulation sanguine à partir des aliments ingérés, un agent tampon est nécessaire pour garantir le maintien de cette valeur. Ceci est obtenu grâce à une combinaison d’ions acide carbonique (H2CO3) et hydrogénocarbonate (HCO3-).
Les agents tampons sont largement utilisés dans l’industrie et dans de nombreux produits courants. Ils sont utilisés dans les détergents, dans les aliments et dans le brassage pour garantir que le pH reste dans la plage requise par les levures responsables de la fermentation. Le shampooing fonctionne mieux lorsqu’il est légèrement acide et contient généralement un agent tampon pour éviter la perte d’acidité pendant l’utilisation. Les tampons sont également très utilisés en biologie et en biochimie. Les tampons de Good, développés dans les années 1960 par NE Good, sont un groupe d’agents tampons soigneusement conçus pour ne pas interférer avec les réactions biologiques.