À quoi sert ce calculateur
Le calculateur du rapport tampon pour un pH cible vous indique précisément la quantité de base conjuguée nécessaire par rapport à son acide faible pour atteindre le pH souhaité. Il réarrange l'équation de Henderson-Hasselbalch : à partir d'un pH cible et du pKa du tampon, vous obtenez instantanément le rapport molaire [base]/[acide] requis ainsi que le pourcentage de chaque espèce. Il s'agit de chimie universelle, valable partout.
Mode d'emploi
Saisissez le pH que vous voulez maintenir et le pKa du couple acide-base que vous utilisez (par exemple, acide acétique pKa 4,76, phosphate pKa 7,2, Tris pKa 8,06). Le calculateur renvoie le rapport entre la base conjuguée et l'acide, ainsi que la proportion de tampon présente sous chaque forme. Multipliez ce rapport par votre nombre de moles d'acide pour connaître le nombre de moles de base à ajouter.
La formule expliquée
L'équation de Henderson-Hasselbalch s'écrit \( \text{pH} = \text{pK}_a + \log\left(\frac{[\text{base}]}{[\text{acide}]}\right) \). En isolant le rapport, on obtient
$$\frac{[\text{base}]}{[\text{acide}]} = 10^{\,\text{pH} - \text{pK}_a}$$Lorsque le pH est égal au pKa, le rapport vaut 1 (un mélange 50:50, point où la capacité tampon est maximale). Pour chaque unité de pH au-dessus du pKa, le rapport est multiplié par dix ; pour chaque unité en dessous, il est divisé par dix.
Exemple détaillé
Pour préparer un tampon phosphate à pH 7,4 avec une espèce de pKa 6,1, le rapport est de
$$10^{(7{,}4 - 6{,}1)} = 10^{1{,}3} \approx 19{,}95$$Il vous faut donc environ 19,95 parts de base conjuguée pour 1 part d'acide — soit à peu près 95,2 % de base et 4,8 % d'acide.
Valeurs courantes de pKa pour les tampons
L'équation de Henderson-Hasselbalch fonctionne au mieux lorsque le pH cible se situe à environ \(\pm 1\) unité du \(\text{pK}_a\) du tampon, où le rapport base conjuguée/acide reste entre environ 0,1 et 10. Le tableau ci-dessous énumère les valeurs de \(\text{pK}_a\) (à ou près de 25 °C) pour les tampons largement utilisés ainsi que leurs gammes de tampondage pratiques.
| Tampon | pKa | Gamme de pH utile |
|---|---|---|
| Acide citrique (pKa1) | 3,13 | 2,1 – 4,1 |
| Acide acétique | 4,76 | 3,8 – 5,8 |
| Acide citrique (pKa2) | 4,76 | 3,8 – 5,8 |
| MES | 6,15 | 5,5 – 6,7 |
| Bicarbonate (pKa1) | 6,35 | 5,4 – 7,4 |
| Acide citrique (pKa3) | 6,40 | 5,4 – 7,4 |
| Phosphate (pKa2) | 7,20 | 6,2 – 8,2 |
| MOPS | 7,20 | 6,5 – 7,9 |
| HEPES | 7,55 | 6,8 – 8,2 |
| Tris | 8,06 | 7,0 – 9,0 |
| Borate | 9,24 | 8,2 – 10,2 |
| Glycine (pKa2) | 9,60 | 8,6 – 10,6 |
La gamme utile est approximativement \(\text{pK}_a \pm 1\) ; en dehors de cette fenêtre, le tampon a peu de capacité à résister aux changements de pH car une espèce domine.
Rapport base/acide sur les valeurs de pH cible
Parce que le rapport dépend seulement de la différence \(\text{pH}-\text{pK}_a\), une seule table couvre chaque tampon. Chaque étape d'une unité de pH change le rapport d'un facteur dix. Les pourcentages indiquent quelle fraction du tampon total existe en tant que base conjuguée \(\text{A}^-\) par rapport à l'acide \(\text{HA}\).
| pH − pKa | Rapport [A−]/[HA] | % base (A−) | % acide (HA) |
|---|---|---|---|
| −2,0 | 0,01 | 0,99 % | 99,01 % |
| −1,0 | 0,10 | 9,1 % | 90,9 % |
| −0,5 | 0,316 | 24,0 % | 76,0 % |
| 0,0 | 1,00 | 50,0 % | 50,0 % |
| +0,5 | 3,16 | 76,0 % | 24,0 % |
| +1,0 | 10,0 | 90,9 % | 9,1 % |
| +2,0 | 100 | 99,01 % | 0,99 % |
Au point milieu (\(\text{pH}=\text{pK}_a\)) la base et l'acide sont égaux et la capacité de tampondage est la plus grande. Au-delà de \(\pm 1\) unité, une forme constitue plus de 90 % du tampon, la capacité chute donc fortement.
FAQ
Pourquoi rester à moins d'une unité de pH du pKa ? Au-delà de ±1 unité de pH, le tampon est constitué à plus de 90 % d'une seule espèce et résiste mal aux variations de pH : son pouvoir tampon devient faible.
La température a-t-elle une influence ? Oui — les valeurs de pKa varient avec la température (c'est particulièrement marqué pour le Tris). Utilisez donc le pKa correspondant à votre température de travail.
Comment convertir le rapport en quantités ? Choisissez une concentration totale de tampon, puis répartissez-la selon les fractions de base et d'acide affichées.
