Le "pH", abréviation de "potentiel Hydrogène", est une grandeur qui reflète la proportion d'ions oxonium (aussi appelés ions hydronium) de formule H3O+ (molécule d'eau + ion d'hydrogène) présents dans une solution aqueuse. Le pH va permettre de déterminer si une solution aqueuse est acide ou basique.

Le pH est mesuré sur une échelle allant de 0 à 14 :

Un pH inférieur à 7 indique une solution acide

Un pH égal à 7 est neutre

Un pH supérieur à 7 indique une solution basique

Type de SolutionÉtapeRelation UtiliséeCalculInterprétation pH
Acide FaibleDissociation Partielle de l'Acide-log[H3O+]-log[Concentration Acide]pH < 7 (Acide)
Base ForteDissociation Complète de la Base14 - pOH-log[Concentration Base]pH > 7 (Basique)
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C'est parti

La formule du pH ?

Une tasse à café sur fond beige.
Le café a un pH qui se situe généralement entre 4.5 et 5.0.

? L'acidité d'une solution est donc liée à la présence des ions oxonium et dépend de leur concentration. Plus cette concentration est élevée, plus la solution est acide. 

Pour information, cette concentration est de l'ordre de 1 mol.L-1 pour les solutions les plus acides et peut descendre jusqu'à 10-14 mol.L-1 pour les solutions les moins acides (= les plus basiques).

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Qui a défini le pH ?

Le pH, ou potentiel hydrogène, a été introduit par le chimiste danois Søren Peder Lauritz Sørensen en 1909. Il a défini le pH comme le logarithme négatif de base 10 de l'activité des ions hydrogène dans une solution, exprimée en mol par litre. Ainsi, la formule du pH est pH = -log[H⁺], où [H⁺] représente la concentration des ions hydrogène dans la solution. Cette définition que nous connaissons aujourd'hui du pH n'a été officiellement reconnue qu'à partir du milieu du XXe siècle par l'UICPA (Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée).

Afin d'exprimer l'acidité par une grandeur plus simple que la concentration des ions oxonium, une échelle appelée l'échelle de pH a été définie.

➡️ Elle est caractérisée par la relation suivante : pH = - Log [H3O+ où :

La concentration [H3O+] est exprimée en mol.L-1

Le pH est un nombre sans unité

La mesure du pH ?‍?

Deux méthodes de mesure du pH sont à connaître :

La mesure du pH à l'aide de papier pH

La mesure du pH à l'aide d'un pH-mètre

Comment utiliser le papier pH ? ?

Une paille plantée dans une orange.
Le jus d'orange fait partie des boissons particulièrement acides, avec un pH autour de 3.3 - 4.2.

? L'utilisation du papier pH est assez simple, mais ne donne qu'une valeur approximative du pH. La mesure à l'aide du papier pH consiste à tremper le papier pH dans la solution dont on veut connaître le pH.

? Le papier change quasi-instantanément de couleur. Il suffit alors de comparer la couleur du papier pH à l'échelle de couleurs se trouvant sur la boîte du papier pH afin de déterminer une valeur approximative du pH.

Le papier pH est en particulier très utile pour avoir une idée du milieu dans lequel on se trouve (très acide, acide, neutre, basique ou très basique).

Comment utiliser un pH-mètre ? ?‍?

? Le pH-mètre, quant à lui, va donner une valeur plus précise du pH. Cet appareil est constitué d'une sonde de pH qui est mise au contact de la solution dont on souhaite mesurer le pH.

Son utilisation nécessite un étalonnage réalisé à l'aide de deux ou trois solutions dites "tampons" pour lesquelles le pH est déjà connu. La mesure d'un pH à l'aide du pH-mètre a une précision qui dépend de la qualité de l'étalonnage mais elle est en général de l'ordre de 0,1 unité pH.

@aucoeurduchaudron Répondre à @marion.coaching Comment je mesure le pH d'un savon ? ? #savonnerie #zerodechet #artisan ♬ Two Weeks - Grizzly Bear

Comment calculer le pH ? ⚛️

A partir de l'ensemble des relations exposées plus haut dans ce cours, il est possible de calculer le pH de diverses solutions.

Calculer le pH à partir d'une solution d'acide fort ?

Prenons l'exemple d'une solution aqueuse d'acide chlorhydrique HCl, de concentration 1.10-3 mol/L.

➡️ L'équation de la réaction est la suivante : HCl + H2O -> Cl- + H3O+ S'agissant de la réaction d'un acide fort dans l'eau, la conversion est totale et  [Cl] = [H3O+] = 1.10-3 mol/L.

À partir de la relation entre le pH et la concentration en ions oxonium, il est possible d'en déduire le pH : pH = - log([[H3O+]) = - log(1.10-3 ) = 3 Le pH de cette solution aqueuse est donc égal à 3 et nous sommes en présence d'un acide fort car le pH est très largement inférieur à 7.

Deux mains jointes recueillent de l'eau
L'eau à un pH de 7. Elle est considérée comme neutre.
local_drink
Acide faible et acide fort

Les acides sont des substances libérant des protons dans l'eau. Les acides faibles, tels que l'acide acétique, le font partiellement, tandis que les acides forts, comme l'acide chlorhydrique, le font complètement. La différence réside dans la capacité à libérer des protons, influençant ainsi leur réactivité et leur impact sur le pH de la solution. Les acides faibles libèrent des protons de façon limitée, comme l'acide acétique dans le vinaigre, tandis que les acides forts, comme l'acide chlorhydrique, le font de manière plus complète, influençant ainsi l'intensité de leur action chimique dans une solution.

Calculer le pH à partir de la concentration en ions hydroxyde ⚗️

Prenons l'exemple d'une solution de concentration en ions hydroxyde [OH-] = 1.10-2 mol/L.

➡️ À partir de cette concentration en ions hydroxyde, il est possible de calculer le pOH de la solution : pOH = - log([OH-]) = - log(1.10-2) = 2

Pour finir, en utilisant la relation qui lie le pH au pOH, il est possible d'en déduire le pH de cette solution : pH = 14 - pOH = 14 - 2 = 12 Ainsi, le pH de la solution est égal à 12, et il s'agit donc d'une base forte car le pH est très largement supérieur à 7.

@pheasyc #chimie #pH #spechimie #passetonbacdabord #spechimie #revisetonbac #pourtoi #oxonium ♬ son original - pheasyc

La fonction Logarithme ?

f(x) = Log ( x ) correspond à la fonction logarithme décimal, définie à partir du logarithme népérien par la relation suivante :   Si x = 10a , alors Soit, Et donc La fonction réciproque du logarithme décimale est f(x) = 10x Ainsi, si y = Log (x) alors x = 10y

➡️ Rapporté au pH, cela signifie que si pH = - Log([H3O+]) alors [H3O+] = 10-pH

Valeurs du pH ?

? D'après la relation entre la concentration en ions oxonium et le pH, on peut en déduire que :

  • Si  [H3O+] = 1 mol.L-1           alors pH = - Log (100)   et donc  pH = 0
  • Si  [H3O+] = 10-1 mol.L-1   alors pH = - Log (10-1)  et donc pH = 1
  • Si  [H3O+] = 10-2 mol.L-1   alors pH = - Log (10-2)  et donc pH = 2
  • Si  [H3O+] = 10-3 mol.L-1   alors pH = - Log (10-3)  et donc pH = 3

Et ainsi de suite jusqu'à la concentration [H3O+] = 10-14 mol.L-1 où pH = 14.

Des tubes à essai colorés
Calculer le pH est très important pour mieux connaître les solutions du quotidien.

⚠️ Ainsi, plus la concentration en ions oxonium est faible, plus le pH augmente et plus la solution est basique.

Inversement, plus la concentration en ions oxonium est importante, plus le pH diminue et plus la solution est acide.

À noter qu'à chaque fois que la concentration en ions oxonium est divisée par dix, le pH augmente d'une unité. Inversement, la valeur du pH d'une solution permet d'en déduire la concentration en ions oxonium, car ils sont liés par la relation [H3O+] = 10-pH

pH : exercices ?

Exercice 1️⃣

Questions de cours

  1. Qu'est-ce que le pH et quel est son rôle dans la caractérisation d'une solution aqueuse ?
  2. Qui a introduit le concept de pH, et comment est-il défini ? Expliquez brièvement la formule du pH.
  3. Quelle est la différence fondamentale entre un acide faible et un acide fort ? Donnez un exemple de chaque.
  4. Comment mesure-t-on le pH d'une solution à l'aide du papier pH ? Quelles informations peut-on obtenir avec cette méthode ?
  5. Quels sont les deux paramètres nécessaires pour calculer le pH d'une solution à l'aide d'un pH-mètre ?
  6. Expliquez le processus d'étalonnage d'un pH-mètre et son importance dans la mesure du pH.
  7. À partir de l'équation de réaction d'un acide fort dans l'eau, comment peut-on calculer le pH d'une solution d'acide chlorhydrique de concentration donnée ?
  8. Pour une solution basique de concentration en ions hydroxyde donnée, comment peut-on calculer le pH en utilisant le pOH ?
  9. Quelle est la fonction logarithmique associée au pH, et comment est-elle utilisée pour calculer la concentration en ions oxonium à partir du pH ?
  10. Comment évolue le pH à mesure que la concentration en ions oxonium diminue dans une solution ? Expliquez brièvement.

Exercice 2️⃣

Évaluation du pH d'une solution d'acide faible

Considérons une solution aqueuse d'acide acétique (CH₃COOH) de concentration 0,01 mol/L. Étant donné que l'acide acétique est un acide faible, déterminez le pH de cette solution en utilisant la relation qui lie le pH à la concentration en ions oxonium. Indiquez également si la solution est acide, basique ou neutre.

Corrections ✍️

Exercice 1️⃣

  1. Le pH mesure l'acidité ou la basicité d'une solution en fonction de la concentration d'ions oxonium. Une solution acide a un pH inférieur à 7, neutre à pH 7, et basique à pH supérieur à 7.
  2. Le pH a été introduit par Søren Peder Lauritz Sørensen en 1909. Il est défini comme le logarithme négatif de base 10 de l'activité des ions hydrogène dans une solution : "pH = -log[H+]".
  3. La différence entre un acide faible et un acide fort réside dans leur capacité à libérer des protons. Un exemple d'acide faible est l'acide acétique (CH₃COOH), tandis que l'acide chlorhydrique (HCl) est un exemple d'acide fort.
  4. Le papier pH mesure le pH d'une solution en changeant de couleur. On obtient une valeur approximative en comparant cette couleur à l'échelle fournie sur la boîte du papier pH.
  5. Les deux paramètres nécessaires pour calculer le pH d'une solution à l'aide d'un pH-mètre sont la concentration d'ions hydronium ([H₃O⁺]) et l'étalonnage du pH-mètre avec des solutions tampons de pH connu.
  6. L'étalonnage d'un pH-mètre implique l'utilisation de solutions tampons de pH connu pour ajuster et calibrer le pH-mètre. Cela garantit une mesure précise du pH.
  7. Pour calculer le pH d'une solution d'acide fort, on peut utiliser la relation "pH = -log[H₃O⁺]" en considérant que la conversion de l'acide est totale.
  8. Pour une solution basique de concentration en ions hydroxyde donnée, on peut calculer le pH en utilisant le pOH ("pOH = -log[OH⁻]") et la relation "pH = 14 - pOH".
  9. La fonction logarithmique associée au pH est "f(x) = -log(x)". Elle est utilisée pour calculer la concentration d'ions oxonium ([H₃O⁺]) à partir du pH : "[H₃O⁺] = 10^(-pH)".
  10. À mesure que la concentration d'ions oxonium diminue dans une solution, le pH augmente. Chaque diminution d'un facteur de 10 dans la concentration entraîne une augmentation d'une unité de pH.

Exercice 2️⃣

La réaction d'un acide faible comme l'acide acétique dans l'eau est partiellement dissociée. L'équation de réaction est CH₃COOH + H₂O → CH₃COO⁻ + H₃O⁺.

La concentration à l'équilibre de H₃O⁺ est égale à la concentration initiale de l'acide acétique, soit 0,01 mol/L. En utilisant la relation pH = -log[H₃O⁺], nous pouvons calculer le pH : pH = -log(0,01) = 2. La solution est donc acide car le pH est inférieur à 7.

À présent, vous voici un as du pH ! À vous de jouer !

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Aucune information ? Sérieusement ?Ok, nous tacherons de faire mieux pour le prochainLa moyenne, ouf ! Pas mieux ?Merci. Posez vos questions dans les commentaires.Un plaisir de vous aider ! :) 4,27 (64 note(s))
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Yann

Fondateur de Superprof et ingénieur, nous essayons de rendre disponible la plus grande base de savoir. Passionné par la physique-chimie et passé par la filière scientifique au lycée, je partage mes cours (après les avoir mis à jour selon le programme de l’Éducation Nationale).