pH et équilibre acido-basique



Effet tampon, tampons ouverts et fermés

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Le système tampon empêche ou limite la variation de pH d'une solution lorsqu'on lui ajoute un acide ou une base forte. Il est composé de l'association d'un acide faible AH et de son anion A^- ou de l'association d'une base faible BOH et de son cation B⁺. Si on ajoute un acide fort à la solution contenant le tampon, cet acide va se combiner sur le pôle basique du système tampon et idem pour les bases.

Exemple : le tampon bicarbonate / acide carbonique (le plus important de l'organisme)

L'acide carbonique H₂CO₃ est un acide faible (= pKa bas = perd difficilement ses protons H+ -> diminue peu le pH d'une solution)

Le bicarbonate de sodium NaHCO₃ est un sel alcalin.

On a donc

Si ce tampon réagit avec un acide fort (donc dissocié facilement en solution) notre tampon va réagir en remplaçant l'acide fort par un acide faible (l'acide carbonique), qui perdra plus difficilement ses H+ en solution, en se combinant sur le pôle basique du tampon,

Attention : Toujours raisonner en terme d'équilibre acido-basique, une réaction acido-basique est dynamique c'est a dire que si on rajoute des H+ à gauche de notre première réaction on va décaler vers la droite notre réaction afin d'essayer de maintenir l'équilibre acido-basique.

• Si on ajoute de l'acide chlorhydrique (acide fort) : HCl <=> H⁺ + Cl^- au tampon :

L'acide se combine sur le versant basique du tamponet notre acide fort est remplacé par un acide faible.

• Si on ajoute de la soude (base forte) :

La base se combine ici sur le versant acide.

Autres exemples de tampons de l'organisme :

Couple acide acétique/ion acétate :

Couple ion ammonium/amoniac :

Le pouvoir tampon permet de déterminer l'efficacité d'un système tampon.

• dX : quantité de H+ versés dans la solution en mmol/L
• dpH : variation du pH de la solution

On voit donc que si on verse beaucoup d'H+ et que le pH reste constant le pouvoir tampon sera élevé, et que si le pH varie beaucoup pour un faible volume versé le pouvoir tampon sera faible.

Le PT est maximum à pH = pKa c'est à dire si le pH de la solution à tamponner est proche du pKa du système tampon.

Le PT et donc l'efficacité du système tampon est d'autant plus importante que la concentration en tampon est élevée.

Le pH du sang artériel est remarquablement stable et constant grâce aux tampons de l'organisme : il se maintient entre 7,38 et 7,42.

• pH intracellulaire < pH extracellulaire
• pH sang veineux < pH sang artériel
• pH artériel compatible avec la vie : 6,8-7,8

Tampon ouvert

Signifie que certaines molécules de la réaction peuvent être éliminées de l'organisme.

Le tampon acide carbonique/bicarbonate est le seul tampon ouvert de l'organisme, il est extracellulaire :

Nous avons vu l'équilibre de ce tampon :

L'acide carbonique est également en équilibre avec CO₂ + H₂0

• A un pH normal seul 1/400 du CO₂ se combine en acide carbonique.
• Le pKa résultant de ce tampon est 6,1.

Le pH du sang artériel étant de 7,4, ce système tampon serait inefficace s'il était un tampon fermé.

En cas d'agression acide (augmentation des H+) la réaction est déviée vers la gauche : augmentation de l'H₂CO₃ (acide faible). L'augmentation de l'H₂CO₃ dévie encore la réaction vers la gauche afin de maintenir l'équilibre, ce qui aboutit à une augmentation de CO₂.

Le dioxyde de carbone en surplus est ensuite éliminé par les poumons.

Le rein élimine également du H⁺ et réabsorbe des HCO₃^- en cas de pH trop bas. (voir diagramme de Davenport et régulation du pH)

Ce système ouvert est donc très efficace contre les agressions acides.

Il est en revanche peu efficace contre les agressions basiques puisqu'au pH normal le tampon est majoritairement sous forme basique.

Tampons fermés

Aucune molécules de la réaction n’est éliminée de l'organisme : [A^-]+[AH] = constante

Plusieurs types de tampons fermés :

• Certaines protéines qui possèdent des sites tampons
• Tampons érythrocytaires : Hémoglobine
• Les phosphates en intracellulaire

Tous ces tampons sont assimilables à un seul tampon fermé de pH = 6,8.