Physique-Chimie · Terminale · Déterminer les composantes d’un système chimique
Le pH des solutions
Une échelle de puissances de dix.
En bref
Les concentrations en ions oxonium d’une solution courante s’étalent sur quatorze puissances de dix.
Les concentrations en ions oxonium d’une solution courante s’étalent sur quatorze puissances de dix. Les comparer en écriture décimale serait illisible : le pH compresse cette étendue sur une échelle de 0 à 14.
La définition
pH = −log([H₃O⁺]/c°), avec c° = 1 mol·L⁻¹ — la concentration standard, qui rend l’argument du logarithme sans dimension.
D’où la relation inverse : [H₃O⁺] = c° × 10^(−pH)
Ce qu’une unité de pH représente
| Écart de pH | Facteur sur [H₃O⁺] |
|---|---|
| 1 unité | ×10 |
| 2 unités | ×100 |
| 3 unités | ×1000 |
Passer de pH 3 à pH 2, c’est multiplier la concentration par 10 — pas l’augmenter d’un tiers. C’est le contresens le plus fréquent sur une échelle logarithmique.
Un pH mesuré au dixième près donne une concentration à environ 2 % près : au-delà d’une décimale, le chiffre n’a plus de sens expérimental.
Le produit ionique de l’eau
Dans toute solution aqueuse à 25 °C :
Ke = ([H₃O⁺]/c°) × ([HO⁻]/c°) = 1,0 × 10⁻¹⁴, soit pKe = 14,0
Les deux concentrations sont donc liées : si l’une monte, l’autre descend. C’est pourquoi une solution basique contient tout de même des ions H₃O⁺.
Acide, neutre, basique
| Solution | La relation | Le pH à 25 °C |
|---|---|---|
| Acide | [H₃O⁺] > [HO⁻] | pH < 7,0 |
| Neutre | [H₃O⁺] = [HO⁻] = 1,0 × 10⁻⁷ mol·L⁻¹ | pH = 7,0 |
| Basique | [H₃O⁺] < [HO⁻] | pH > 7,0 |
Le 7 n’est pas une constante universelle : il vaut 7,0 à 25 °C, parce que Ke dépend de la température.
L’effet d’une dilution
| Solution | Diluée 10 fois | Ce que cela donne |
|---|---|---|
| Acide fort | pH +1 | Il se rapproche de 7 |
| Base forte | pH −1 | Il se rapproche de 7 |
La dilution rapproche le pH de 7 sans jamais le franchir : une solution acide diluée reste acide.
Un pH-mètre s’étalonne avant chaque série avec au moins deux solutions tampon — pH 4,0 et 7,0 par exemple. La sonde dérive, et une mesure non étalonnée peut se tromper de plusieurs dixièmes.
Teste-toi
6 questions pour vérifier
Touche une réponse : la correction s’affiche tout de suite.
1.Quelle relation donne [H₃O⁺] à partir du pH ?
2.Une solution de pH 3 est combien de fois plus concentrée en H₃O⁺ qu’une solution de pH 5 ?
3.Que vaut le produit ionique de l’eau Ke à 25 °C ?
4.Une solution basique ne contient aucun ion H₃O⁺.
5.On dilue dix fois une solution d’acide chlorhydrique de pH 2. Le nouveau pH vaut environ…
6.Pourquoi le pH de neutralité vaut-il 7,0 seulement à 25 °C ?
0 / 6 questions
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