Le pH et l'échelle pH

Le pH est la mesure de l’acidité ou de la basicité d'une solution.
Le pH est une abréviation pour puissance des ions hydrogène. Il signifie aussi le potentiel d’hydrogène.
  L’échelle pH est utilisée pour déterminer le degré d’acidité d’une substance. Il représente la concentration des ions H+ dans une solution.

Plus une substance contient d’ions H+, plus elle est acide; et plus elle contient d’ions OH-, plus elle est basique.
 
L’échelle pH est divisée en échelons de 0 à 14, 0 étant le degré d’acidité le plus élevé alors que 14 est le degré d’acidité le plus faible.

  • Les solutions acides ont un pH inférieur à 7. Elles contiennent davantage d’ions H+ que d’ions OH-.
  • Le pH des solutions alcalines (ou basiques) est supérieur à 7. Elles contiennent davantage d’ions OH- que d’ions H+.
  • Quand une substance a un pH de 7, on dit qu’elle est neutre. Les quantités d’ions H+ et OH- sont égales. Autrement dit, elle n'est ni acide ni alcaline.

pH, une échelle logarithmique

Le pH est une échelle logarithmique, c’est-à-dire que lorsqu’une solution devient dix fois plus acide, son pH diminue d'une unité. Si une solution devient 100 fois plus acide, son pH diminuera de deux unités.
 
On peut calculer le pH d’une solution si l’on connaît la concentration des ions H+ avec la formule suivante:

pH   =   - log [H+]

[H+]= la concentration en mol/L d'ions H+ dans la solution

 

Une solution a une concentration en ions H+ de 2,5 x 10-4 mol/L. Pour connaître le pH de cette solution, il suffit d’appliquer la formule :

pH  =  - log [H+]

pH  =  - log (2,5 x 10-4)

pH  =  - (-3,602)

pH  =  3,6

Lorsque la concentration des ions H+ est exprimée en notation scientifique, c’est-à-dire sous la forme a x 10-b, et que la valeur de a est égale à 1, le calcul est simplifié.

C’est le négatif de l’exposant -(-b) qui représente alors le pH de la solution.

La concentration des ions H+ est 0,000 000 000 01 mol/L, ce qui équivaut en notation scientifique à 1 x 10-11.

-(-11)=11

Le pH de cette solution est donc 11.

Le pOH

On peut calculer le pOH d’une solution si on en connaît la concentration en ions OH- avec la formule suivante :
pOH  =  - log [OH-]

 
Une solution a une concentration en ions OH- de 8,2 x 10-6 mol/L.
 
En appliquant la formule ci-haut, on obtient la valeur du pOH :

pOH  =  - log [OH-]

pOH  =  - log (8,2 x 10-6)

pOH  =  - (-5,086)

pOH  =  5,1

Relation entre pH et pOH

La relation entre le pH et le pOH est définie par l’équation :

pH + pOH = 14

L’eau pure

L’eau pure (H2O) est une substance neutre, car elle contient autant d’ions OH- que d’ions H+,c'est-à-dire 1 x 10-7 mol/L chacun.

Les solutions aqueuses

Pour les solutions aqueuses, on peut établir la relation suivante est toujours vraie:[H+](aq) x [OH-](aq) = 10-14
Une substance a une concentration d’ions H+ de 0,0001 mol/L. Cela équivaut à 1 x 10-4 mol/L, soit un pH de 4. On peut trouver la concentration des ions OH- à l’aide de la relation décrite plus haut :

[H+](aq)  x  [OH-](aq) = 10-14
 
1 x 10-4  x  [OH-](aq)  = 10-14
 
|[OH-]_{(aq)}=\frac{10^{-14}}{1x10^{-4}}|
 
[OH-](aq)  = 10-10 mol/L

 

  • Voici un tableau qui résume bien le lien entre le pH, la concentration en ions H+, le pOH et la concentration en ions OH:

  • Voici un tableau qui donne des exemples de pH pour quelques solutions de notre quotidien :

 

Les exercices

QUESTION 1

La concentration d’une solution aqueuse est de 2,5 x 10-7 M. Déterminer la valeur du pH ainsi que du pOH de cette solution.

RÉPONSE 1

Appliquons la formule ci-dessous afin de déterminer la valeur du pH:

pH = -log [H+]
pH = -log [2,5 x 10-7]


1) On affiche la valeur 2,5 x 10-7 sur la calculatrice, soit 2.5 E-07.
2) On pèse par la suite sur la fonction log afin d’obtenir la valeur –6,602.
3) Il ne reste plus qu’à changer le signe : – (–6,602).
4) On obtient alors un pH de 6,6.
5) Le pOH correspond alors à 14 – pH, donc de 14 – 6,6, ce qui nous donne 7,4.

QUESTION 2

Un savon possède une concentration en ions hydroxyde (OH-) de 5,4 x 10-4 mol/L à 25º C. Déterminer le pH de cette solution.

RÉPONSE 2

La relation suivante sera utile :

Déterminons maintenant la valeur du pH :

Il est également possible de déterminer la valeur du pOH selon la relation suivante :

QUESTION 3

La concentration d’une solution aqueuse est de 2,0 x 10-8 M en H+. Déterminer la valeur du pOH si on dilue cette solution de 100 fois.

RÉPONSE 3

On doit au préalable tenir compte du phénomène de dilution. La concentration finale en H+ devient : (2,0 x 10-8 M) / 10 = 2,0 x 10-10 M. On peut alors obtenir le pH de la solution diluée en utilisant la relation suivante:

 


Les références

  • MELS
  • Rogers
  • Réunir Réussir
  • Fondation Réussite Jeunesse