Le pH des solutions aqueuses
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• définir le pH d'une solution aqueuse ;
• mesurer un pH avec du papier pH ou un pH-mètre ;
• calculer [H3O+] et [OH-] à partir du pH, et inversement ;
• classer des solutions courantes en acides, neutres ou basiques d'après leur pH.
Prérequis : solutions acide, basique, neutre ; produit ionique de l'eau [H3O+].[OH-] = 10-14 à 25 °C.
Situation de départ
L'étiquette d'une eau minérale indique « pH = 7,5 » ; celle d'un shampoing pour bébé « pH 5,5 » ; on trouve en pharmacie de l'« aspirine pH 8 ».
Que signifie cette grandeur ? Goûter une solution pour savoir si elle est acide est imprécis et souvent dangereux. On utilise donc le pH.
I. Le pH d'une solution aqueuse
1. Définition du pH
Le pH (« potentiel hydrogène ») a été introduit en 1909 par le chimiste danois Sørensen.
Le pH est un nombre lié à la concentration molaire des ions hydronium d'une solution aqueuse par la relation :
Exemples : [H3O+] = 10-4 mol.L-1 donne pH = 4 ; 10-7 donne pH = 7 ; 10-10 donne pH = 10.
- Le pH et [H3O+] varient en sens inverse : plus [H3O+] est grande, plus le pH est petit.
- Cette relation est valable pour des concentrations comprises entre 10-6 et 10-2 mol.L-1 environ.
Dans la suite, sauf indication contraire, la température est 25 °C.
2. Applications : du pH aux concentrations
1. Compléter le tableau
| Solution | eau pure | acide nitrique 10-2 M | potasse 10-2 M |
|---|---|---|---|
| [H3O+] (mol.L-1) | 10-7 | 10-2 | 10-12 |
| [OH-] (mol.L-1) | 10-7 | 10-12 | 10-2 |
| pH | 7 | 2 | 12 |
- Eau pure : [H3O+] = [OH-] = 10-7, donc pH = 7.
- HNO3 est un acide fort : HNO3 + H2O H3O+ + NO3-, donc [H3O+] = C = 10-2 et pH = 2 ; [OH-] = 10-1410-2 = 10-12.
- KOH est une base forte : [OH-] = C = 10-2, donc [H3O+] = 10-1410-2 = 10-12 et pH = 12.
2. Une boisson gazeuse a un pH de 3,5 : [H3O+] = 10-3,5 ≈ 3,16.10-4 mol.L-1.
II. Mesure du pH
1. Avec le papier pH
Le papier indicateur de pH (en rouleau ou en languettes) change de couleur selon le pH. La mesure est peu précise : à 0,5 ou 1 unité près.
La méthode à la touche
- On pose un petit morceau de papier pH dans un verre de montre propre.
- Avec une baguette de verre, on y dépose une goutte de la solution.
- On compare la teinte obtenue à la gamme de couleurs imprimée sur la boîte.
On peut ainsi estimer le pH du vinaigre, du jus d'orange, de l'ammoniac, de l'eau de pluie, du lait, de l'eau de batterie…
2. Avec le pH-mètre
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