Ultimo aggiornamento: 2026-06-30

Che cosa misura la capacità tamponante

Una soluzione tampone resiste alle variazioni di pH quando si aggiungono piccole quantità di acido o base forte. La capacità tamponante (β) attribuisce un numero a questa resistenza: è la quantità di base o acido forte, in moli per litro, che occorre aggiungere per spostare il pH di un'unità. Un tampone con β grande può assorbire molto acido o base aggiunti prima che il suo pH si sposti; un tampone con β piccolo cede rapidamente.

Formalmente, la capacità è la derivata della base aggiunta rispetto al pH:

Per una singola coppia acido debole/base coniugata, questo si traduce nell'equazione di Van Slyke usata da questo calcolatore.

L'equazione di Van Slyke

dove la concentrazione totale del tampone è C = [HA] + [A⁻], e le due concentrazioni delle specie si ricavano da pH e pKa tramite [H⁺] = 10⁻ᵖᴴ e Ka = 10⁻ᵖᴷᵃ. Il fattore 2,303 è ln 10, che compare perché il pH è un logaritmo in base 10.

Esempio svolto

Consideriamo un tampone acetato con concentrazione totale C = 0,10 mol/L, pKa di 4,74, valutato a pH 5,00.

1. Convertire pH e pKa in concentrazioni: [H⁺] = 10⁻⁵·⁰⁰ = 1,00×10⁻⁵ mol/L e Ka = 10⁻⁴·⁷⁴ = 1,82×10⁻⁵.
2. Numeratore: Ka·[H⁺] = (1,82×10⁻⁵)(1,00×10⁻⁵) = 1,82×10⁻¹⁰.
3. Denominatore: (Ka + [H⁺])² = (1,82×10⁻⁵ + 1,00×10⁻⁵)² = (2,82×10⁻⁵)² = 7,97×10⁻¹⁰.
4. Combinare: β = 2,303 × 0,10 × (1,82×10⁻¹⁰ / 7,97×10⁻¹⁰) = 0,0527.

Circa 0,053 mol di base forte per litro alzerebbero quindi di un'unità il pH di questo tampone intorno a pH 5.

Perché la capacità è massima a pH = pKa

La capacità è massima quando l'acido debole e la sua base coniugata sono presenti in quantità uguali, perché allora la soluzione può neutralizzare ugualmente bene l'acido e la base aggiunti. Questo accade esattamente quando pH = pKa. Sostituendo [H⁺] = Ka nell'equazione si ottiene:

Per la concentrazione dell'esempio questo massimo è 0,576 × 0,10 ≈ 0,0576, leggermente sopra il valore a pH 5. Quando il pH si allontana dal pKa, il rapporto acido/base si squilibra e la capacità cala in modo simmetrico.

L'intervallo tamponante utile

Un tampone è normalmente considerato utile entro circa ±1 unità di pH dal suo pKa, dove conserva ancora circa un terzo della capacità di picco. Al di fuori di questa finestra il tampone è in gran parte esaurito, perciò se ne sceglie uno il cui pKa sia vicino al pH di lavoro desiderato.

Aumentare la capacità

Poiché β è direttamente proporzionale a C, il modo più diretto per rendere un tampone più resistente è aumentare la concentrazione totale della coppia acido/base: raddoppiare C raddoppia la capacità a qualsiasi pH. Scegliere un agente tamponante il cui pKa sia vicino al pH desiderato assicura di operare vicino al massimo anziché sulla coda. Molti tamponi pratici combinano più di una coppia acido/base (per esempio il fosfato, con diversi valori di pKa) per ampliare l'intervallo in cui la capacità resta elevata.

Calcoli correlati

La relazione di Henderson-Hasselbalch fornisce il pH di un tampone a partire dallo stesso rapporto acido/base ed è il complemento naturale di una stima di capacità. La conversione tra Ka e pKa fornisce la costante di dissociazione richiesta dalla formula, e uno strumento generale di pH acido-base copre le soluzioni al di fuori della regione tamponante.