Asitlik ve bazlık değişmelerine karşı direnen, yani az miktarda kuvvetli asit veya kuvvetli baz ilavesiyle pH si yaklaşık olarak sabit kalan çözeltilere tampon çözeltiler ; bu direnmeye de tampon etkisi denir. Bunlar genellikle zayıf asit veya bazlarla bunların kuvvetli tuzlarının karışı-mıdır. Örneğin asetik asit ile sodyum asetat ; amonyak ile amonyum klorür karışımı gibi. Asetik asit-asetat tamponunda H + veya OH – eklenirse aşağıdaki nötralleşme tepkimeleri görülür.
H + + AcO – → HOAc
OH – + AcOH → H 2 O + AcO –
Benzer şekilde amonyak-amonyum klorür tamponu için
H + + NH 3 → NH 4 +
OH – + NH 4 + → H 2 O + NH 3
tepkimeleri yazılabilir. Bununla beraber, bir poliprotik asidin çeşitli nötralleşme derecelerine malik tuzlarından ( örneğin NaH 2 PO 4 ve Na 2 HPO 4 karışımı ) yararlanılabildiği gibi zayıf bir asitle başka bir asidin tuzundan ibaret sistemlerden de ( örneğin sitrik asit ve sodyum fosfat gibi ) yararlanılır.
Zayıf bir asitle ( HA ) tuzunun ( A – ) tampon etkisi, hidrojen iyonlarının zayıf asidin A – bazı ile birleşerek iyonlaşmış HA moleküllerini vermesiyle açıklanır:
A – + H 3 O + → ← H 2 O + HA
Oysaki OH – iyonları,
OH – + HA → ← H 2 O + A –
denklemine göre yer değiştirmiş olurlar. Tampon, zayıf bir B bazı ile tuzu karışımından ibaret ise dengeler şöyledir
H 3 O + + B → ← H 2 O + BH +
OH – + BH + → ← B + H 2 O
Örneğin zayıf bir asitle ( HA ) bunun kuvvetli biz bazla verdiği B + A – tuzu karışımından ibaret tampon sistemi düşünelim. Asidin protolizi şöyledir:
HA + H 2 O → ← H 3 O + + A –
olur ve Henderson denklemi adını taşır. Bu denklem 10 > pH > 4 arasında seyreltik çözeltilere uygulanır.
Bir tampon çözeltiye dB ekivalan / litre kadar kuvvetli bazdan veta kuvvetli asitten ilâve edildiğinde ph değişmesi dpH ise,
ß = dB ⁄ dpH
diferensiyel oranına tampon gücü veya değeri denir. O halde tampon gücü, pH nin birim kadar değişmesi için ilâvesi gereken baz yahut asit miktarıdır, dB ye karşı pH değişmesi ne kadar az is ise tampon gücü de o kadar büyük, yani pH o kadar sabittir. Bir tampon sisteminin tampon gücü, tuz konsantrasyonunun asit konsantrasyonuna oranı 10 ile 1/10 arasında olduğu zaman en elverişlidir. Bu ise pH = pk a ±1e karşındır. O halde bir asit-baz tampon çözeltisinin yararlı pH tampon aralığı pk a ±1 olarak alınabilir. Eğer deniş bir pH tampon aralığını kaplayacak tampon çözelti hazırlanmak istenirse, bir sıra zayıf asit seçmek gerekir ki bunların pk a ları 2pH biriminden fazla fark etmemiş olsun. Buna göre maksimum tampon gücü ve belli pH li tampon çözelti hazırlamak için öyle bir asit seçmek gerekir ki asidin pk a sı istenilen pH ye eşit veya mümkün mertebe yakın olsun. Bu halde, [Tuz] / [Asit] oranı 10 > pH > 4 halinde (1.1) den hesaplanır. Tampon gücü bakımından önemli olan bir başka faktör de asit ve tuzun
konsantrasyonlarıdır. Çözeltinin derişikliğinin fazlalığı oranında ve [Tuz] / [Asit] = 1/1 halinde tampon gücü fazladır.
Aşağıdaki çizelgede bazı tampon sistemler verilmiştir.
KULLANIM ALANLARI
Tampon çözeltilerin kullanılma ve uygulanma alanları çok geniştir. Biyokimyasal tepkimelerin çoğunda, tepkimenin istenen yönde yürümesi için pH’ının sabit kalması gereklidir.
Örneğin, kanda pH sabit tutmak için diğer sistemlerin yanısıra karbonik asit – bikarbonat tamponu bulunur. Laboratuvarda, anorganik ve organik kimyasal tepkimeler, tepkimede harcanan veya oluşan asitlerin ve bazların yaz etkilerini azaltmak için, gerektiği zaman tamponlanmış çözeltilerde yapılır.