Chimie · 2ème ScThème 2 : Les solutions · Chapitre 7

La notion de pH

Objectifs

À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• définir le pH d'une solution aqueuse diluée par [H3O+] = 10-pH ;
• mesurer un pH avec un papier pH ou un pH-mètre ;
• calculer [H3O+] et [OH-] à partir de la valeur du pH, et inversement ;
• interpréter l'échelle de pH : solution acide, neutre ou basique ;
• prévoir l'effet d'une dilution sur le pH et classer des produits courants d'après leur pH.
Prérequis : concentration molaire, produit ionique de l'eau [H3O+].[OH-] = 10-14 à 25 °C.

Situation de départ

Sur un flacon de shampooing, on lit « pH neutre » ; sur une bouteille d'eau minérale, « pH = 7,5 » ; un jardinier vérifie le « pH du sol » avant de planter ses tomates. Que signifie ce nombre, sans unité, qu'on trouve sur tant d'étiquettes ? Et comment le mesure-t-on ?

I. Pourquoi définir le pH ?

Pour caractériser l'acidité ou la basicité d'une solution aqueuse, on peut utiliser sa concentration [H3O+]. Mais ces concentrations sont des nombres très petits et peu commodes : 10-2, 3,2.10-5, 10-11 mol.L-1... En 1909, le chimiste danois Søren Sørensen (1868-1939) a proposé une grandeur plus pratique, liée à [H3O+] : le pH.

II. Définition du pH

Le pH est un nombre sans unité, lié à la concentration molaire des ions hydronium d'une solution aqueuse diluée par la relation :

[H3O+] = 10-pH      ([H3O+] en mol.L-1)
Ainsi, si [H3O+] = 10-3 mol.L-1, le pH vaut 3 ; si le pH vaut 9, [H3O+] = 10-9 mol.L-1.

Domaine de validité

Cette relation n'est valable que pour les solutions diluées : en pratique, pour des concentrations molaires comprises entre 10-6 et 5.10-2 mol.L-1 environ.

Calculer avec le pH

• Une solution a un pH = 3,4 : [H3O+] = 10-3,4 ≈ 4,0.10-4 mol.L-1 (touche 10x de la calculatrice), puis [OH-] = 10-144,0.10-4 = 2,5.10-11 mol.L-1.
• Une solution a [OH-] = 10-2 mol.L-1 : [H3O+] = 10-14/10-2 = 10-12 mol.L-1, donc pH = 12.

Quelques solutions à 25 °C

Solution[H3O+] (mol.L-1)[OH-] (mol.L-1)pH
eau pure10-710-77
acide chlorhydrique à 10-2 mol.L-110-210-122
soude à 10-2 mol.L-110-1210-212

III. Mesurer le pH

1. Avec un papier pH

Le papier pH (en rouleau ou en languettes) est imprégné d'un mélange d'indicateurs colorés : il change de couleur selon le pH. Méthode à la touche : on pose un petit morceau de papier dans une soucoupe propre, on y dépose une goutte de solution avec une baguette de verre propre et sèche, puis on compare la teinte obtenue aux teintes de référence de la boîte.

Animation

© Mohamed — mimba-educ.com | MB-314CA6D5PAPIER pHbaguette de verregoutte de jus de citron surun morceau de papier pHteintes de référence de la boîte1234567891011121314© Mohamed — mimba-educ.com
Fig. 1 — Le papier pH prend une teinte que l'on compare à celles de la boîte : ici pH ≈ 2.

2. Avec un pH-mètre

Le pH-mètre est formé d'une sonde de mesure reliée à un boîtier électronique. Avant de l'utiliser, on l'étalonne avec des solutions de pH connu. Avant chaque mesure, on rince la sonde à l'eau distillée, on la plonge dans la solution et on lit le pH quand l'affichage est stabilisé.

© Mohamed — mimba-educ.com | MB-314CA6D5TROIS MESURES À 25 °C2,00HCl 10-2 mol/L7,00NaCl12,00NaOH 10-2 mol/L© Mohamed — mimba-educ.com
Fig. 2 — Mesures au pH-mètre : acide chlorhydrique, eau salée et soude à 25 °C.

Deux méthodes de mesure

Papier pHpH-mètre
Rapiditétrès rapideplus long (étalonnage)
Précisionà 0,5 ou 1 unité prèsà 0,1 ou 0,01 unité près
Utilisationune goutte suffitil faut plonger la sonde

IV. L'échelle de pH

1. pH et acidité

Une solution d'acide chlorhydrique à 10-3 mol.L-1 a un pH voisin de 3. Si on la dilue en ajoutant de l'eau distillée, son pH augmente : [H3O+] diminue. Inversement, si l'on ajoute de l'acide à de l'eau distillée (pH voisin de 7), le pH diminue : [H3O+] augmente.

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