Un tampon tient son pH par un rapport : la dilution n'y change rien

Pourquoi les poumons déplacent le pH sanguin en quelques secondes

La moitié acide de ce tampon-là est un gaz. Le dioxyde de carbone dissous est en équilibre avec celui des poumons : changer la vitesse et l'amplitude de la respiration change donc directement le dénominateur du rapport, en une ou deux respirations — le doubler de 1,2 à 2,4 mM fait tomber le pH calculé de 7,40 à 7,10. Le rein ajuste l'autre moitié, le bicarbonate, et met des heures à des jours à le faire. Ce partage est toute l'architecture de la régulation acido-basique : un levier rapide de faible amplitude et un levier lent de grande amplitude, agissant sur le numérateur et le dénominateur d'une même fraction.

La dilution détruit bien quelque chose : la capacité

Le pH d'un tampon dilué dix fois ne change pas, mais sa capacité à le tenir, si. Le pouvoir tampon suit les concentrations absolues : la solution diluée absorbe dix fois moins d'acide ajouté avant que son rapport — et donc son pH — ne se mette à bouger. Voilà pourquoi un protocole précise à la fois le pH et la molarité d'un tampon, et pourquoi le second nombre n'est pas décoratif. Cela explique aussi qu'un tampon fonctionne le mieux près de son propre pKa : à un rapport voisin de 1:1, les deux partenaires sont abondants pour consommer ce qui arrive, alors qu'à 20:1 l'un d'eux a presque disparu et la solution résiste bien mieux à l'acide qu'à la base.

Questions fréquentes

Pourquoi l'équation utilise-t-elle un logarithme ?

Parce que le pH en est déjà un. L'échelle de pH est le logarithme décimal négatif de la concentration en ions hydrogène : une solution à pH 5 a dix fois la concentration d'une solution à pH 6 et cent fois celle d'une solution à pH 7. Travailler en logarithmes transforme la multiplication des concentrations en addition de petits nombres, seule raison pour laquelle le calcul tient de tête. Cela signifie aussi que des variations de pH d'apparence minime sont chimiquement grandes : le passage de 7,40 à 7,10 dans le tableau est un doublement de la concentration en ions hydrogène, non une variation de trois pour cent.

Où l'équation cesse-t-elle d'être exacte ?

Aux extrémités du rapport et dans les solutions concentrées. Au-delà d'environ dix pour un dans un sens ou l'autre, l'approximation qui la sous-tend commence à lâcher, ce qui fonde en pratique la règle voulant qu'un tampon travaille à une unité de pH environ de son pKa. Elle suppose aussi que les concentrations se comportent idéalement, ce qui cesse d'être vrai quand la solution se peuple — le travail sérieux à forte force ionique emploie des activités et non des concentrations, et le pKa lui-même se déplace avec la température et avec ce qui est dissous par ailleurs. Pour un tampon de laboratoire proche de 1:1 à concentration ordinaire, rien de tout cela ne compte ; pour une valeur donnée à deux décimales, tout compte.