En déposant une goutte de solution (de pH inconnu) sur un morceau de papier pH, on détermine une valeur approximative de la valeur du pH en comparant la couleur obtenue avec celle de l'échelle. On peut mesurer la valeur du pH avec un pH-mètre.
pH = - log [H3O+]. Elle repose sur l' existence, pour toute solution aqueuse, d' un équilibre, appelé « équilibre d' autoprotolyse », de constante d' équilibre Ke, égale à 10-14 à 25°C. Ke = [H3O+]. [OH-].
iII : LE pH
Le pH d'une solution aqueuse est un nombre qui exprime son acidité (ou sa basicité). Il est compris entre 0 et 14. Si le pH est compris entre 0 et 7, on a une solution acide. Si le pH vaut 7, on a une solution neutre.
Les deux principales méthodes pour mesurer le pH d'une solution sont : pour une précision à 1 unité de pH près : les indicateurs colorés dont la couleur change dans une zone de virage de 2 unités pH, le papier pH, mélange d'indicateurs colorés, à l'aide de son échelle de teinte.
Si on nous demande de calculer le pH, il faut utiliser la relation pH = –log([H3O+]). Si on nous demande de calculer la concentration en quantité de matière d'ions oxonium, il faut utiliser la relation [H3O+] = 10–pH.
Mesure potentiométrique
La méthode la plus courante et la plus précise pour mesurer le pH des solutions fait appel aux techniques potentiométriques. On mesure la différence de potentiel entre une électrode de mesure et une électrode de référence.
Le potentiel hydrogène, noté pH, est une mesure de l'activité chimique des protons ou ions hydrogène en solution. Notamment, en solution aqueuse, ces ions sont présents sous forme d'ions hydronium (ion H+ hydraté, ou H3O+). Le pH sert à mesurer l'acidité ou la basicité d'une solution.
Soit un acide fort de concentration C1, son pH sera : pH1 = – logC1. Si on le dilue 10 fois, son pH devient : pH2 = – logC2 = – logC1/10 = – logC1 + 1 = pH1 + 1. Donc, quand on dilue 10 fois un acide fort, son pH augmente d'une unité.
Une solution aqueuse est indiquée en écrivant (aq) après une formule chimique. la solution aqueuse signifie simplement que quelque chose a été dissous dans l'eau pure. Par exemple, une solution aqueuse de sel (NaCl, chlorure de sodium) dans l'eau est NaCl(aq) ou Na+(aq) + Cl-(aq).
Une solution est un mélange homogène composé d'un solvant et d'un ou plusieurs solutés. Une solution aqueuse est une solution dans laquelle le solvant est l'eau. Habituellement, les solutions sont sous forme liquide.
Le pH initial de la solution est pHinitial = pKa – log ([acide]/[base]) = 4.75 – log (1/1) = 4.75. Le nouveau pH sera : pH = pKa – log ( 1.1 / 0.9 ) = 4.75 – 0.09 = 4.66 Le pH n'aura varié que de 0.09 unité.
Le pH-mètre est un appareil permettant de mesurer le pH d'une solution. Il est constitué de deux éléments : un boîtier électronique qui affiche la valeur du pH et une électrode qui mesure cette valeur.
La valeur du pH permet de déterminer la qualité de l'eau. C'est une valeur très importante pour savoir si votre eau n'est pas polluée, car une eau potable doit avoir un pH dans une gamme très précise, aussi bien pour des questions de sécurité que pour ne pas abîmer la plomberie.
Les vinaigres blancs du commerce contiennent 5 à 6 % d'acide acétique. Concernant leur pH, il est d'environ de 2,4 (équivalent au pH du citron). Le vinaigre blanc, également appelé vinaigre d'alcool ou vinaigre cristal, n'est donc pas la “Rolls” des vinaigres.
pH final = ½(pKa - log c') = 0,5(4,2 - log 0,28) = 2,37 ~2,4. A 10 mL d'une solution d'acide sulfurique 0,2 mol/L on ajoute 10 mL de soude 0,2 mol/L.
Une eau « neutre » possède un pH de 7 unités. Un pH inférieur à 7 indique que l'eau est acide alors qu'un pH supérieur à cette valeur indique qu'il s'agit d'une eau alcaline. La baisse d'une unité de pH implique que l'acidité est multipliée par un facteur 10.
Pour connaître le pH de certains savons, il vous suffit tout simplement de consulter la notice d'emballage. De façon générale, la mesure du pH est souvent mentionnée sur son emballage.
Les tests maison
Prélevez un échantillon de terre et mélangez-le avec de l'eau déminéralisée (pour ne pas tromper l'expérience). Mettez ensuite un peu de bicarbonate de soude dans ce mélange : une réaction indique un sol acide. S'il n'y a aucune réaction à l'une ou l'autre de ces substances, cela indique un sol neutre.
Ajoutez ½ tasse de vinaigre à votre mélange boueux. Si votre échantillon de sol commence à faire des bulles ou à pétiller, vous pouvez être sûr que son pH est alcalin. Et plus le pétillement est prononcé, plus le pH est élevé.
Une dilution de ces produits est donc nécessaire pour les rendre moins corrosifs. Le caractère acido-basique d'une solution aqueuse indique si une solution aqueuse est acide, basique ou neutre. Les solutions acides ou basiques sont caractérisées par leur pH.
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.
Relation entre le pH et le pKa
Le pKa est une grandeur qui permet également de déterminer, pour une valeur de pH donnée, le membre prédominant d'un couple acide base.