REVIZ.fr – Le pH

Niveau : terminale
Matière : chimie (acide / base)

L’ion hydronium H3O+ est responsable de l’acidité d’une solution. Le pH permet de déterminer cette acidité.

pH = – log [ H3O+ ]             [ H3O+ ] = 10-pH

Le pH n’a pas d’unité.

[ H3O+ ] doit être exprimée en mol.L-1

Plus [ H3O+ ] augmente, plus le pH diminue, et inversement.
Lorsque le pH augmente de 1 unité, [ H3O+ ] est divisée par 10 (propriété de la fonction log).
Le pH ne peut pas être mesuré très précisément (à 0,05 près). Lorsque l’on en déduit [ H3O+ ], il ne faut pas donner le résultat avec plus de 2 chiffres significatifs.

Echelle de pH

On représente le pH sur une échelle graduée de 0 à 14.

Mesure du pH

Plusieurs méthodes sont possibles :

  • les indicateurs colorés, qui changent de couleur dans une plage de pH connue :
    • l’hélianthine devient rouge si pH < 3,1 et jaune si pH > 4,4
    • le bleu de bromothymol (BBT) est jaune si pH < 6 et bleu si pH > 7,6
    • la phtaléine est incolore si pH < 8,2 et vire au rose si pH > 10
  • le papier pH : ce papier change de teinte selon l’acidité de la solution testée
  • le pH-mètre : une sonde, immergée dans la solution étudiée, permet de mesurer l’évolution du pH au cours d’une réaction

En mélangeant du chlorure d’hydrogène (HCl, état gazeux) dans de l’eau, on obtient une solution d’acide chlorydrique selon la réaction :

HCl(g) + H2O H3O+(aq) + Cl(aq)

C’est une réaction totale. Les ions H+ s’hydratent pour donner des ions H3O+.

pH d’une solution d’acide chlorydrique

pH = – log CA

où CA est la concentration d’acide

L’acide chlorydrique est un acide fort ; la réaction est totale :

CA = [ H3O+ ] = [ Cl ]

Généralisation

Un monoacide fort HA réagit totalement avec l’eau selon la réaction :

HA + H2O H3O+ + A

Si la solution n’est ni trop diluée, ni trop concentrée, alors :

pH = – log CA

En dissolvant de la soude (NaOH, solide ionique) dans de l’eau, on obtient une solution basique selon la réaction :

NaOH(s) Na+(aq) + OH(aq)

C’est une réaction totale.

pH d’une solution de soude

pH = 14 + log CB

où CB est la concentration de la base

La soude est une base forte ; la réaction est totale :

CB = [ OH ] = [ Na+ ]

Généralisation

Une monobase forte réagit totalement avec l’eau selon la réaction :

BOH B+ + OH

Si la solution n’est ni trop diluée, ni trop concentrée, alors :

pH = 14 + log CB

Toute solution acqueuse contient des ions hydronium H3O+ et hydroxydes OH en concentrations telles que :

[ H3O+ ] . [ OH ] = KE 10-14

KE est le produit ionique de l’eau.
On définit également pKE = – log KE = 14

Dans le cas d’une base forte, on a donc

pH = 14 + log CB = pKE + log CB

pH de l’eau pure

L’eau pure possède un pH neutre :

pH = = 7

Les ions H3O+ et OH présents dans l’eau pure proviennent de l’ionnisation partielle de l’eau dont l’équation bilan est :

H2O + H2O H3O+ + OH

L’une des molécules d’eau cède un proton à l’autre molécule d’eau. La réaction d’autoprotolyse de l’eau étant très limitée (non totale) et réversible, on l’écrit avec une double flèche.

Comme le pH d’une eau pure est 7, cela signifie que

[H3O+] = [OH] = 10-7 mol.L-1

Pour un litre d’eau (= 55,6 mol), 10-7 mol d’eau s’ionnisent, soit 4 molécules sur 1 milliard !

Une solution acide est telle que

[H3O+] > [OH], soit encore pH <

Une solution neutre est telle que

[H3O+] = [OH], soit pH = = 7

Une solution basique est telle que

[H3O+] < [OH], soit encore pH >

Electroneutralité des solutions

Toute solution est électriquement neutre. Cela signifie qu’elle contient autant de charges + que de charges -.

Pour l’eau pure, on a [H3O+] = [OH].

Pour une solution aqueuse, on comptabilise toutes les charges.

ex. : Al3+ porte 3 charges +, SO42- porte 2 charges – …

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