Le portail a été désactivé. Veuillez contacter l'administrateur de votre portail.

Vidéo de la leçon : L’échelle de pH Chimie

Dans cette leçon, nous allons apprendre comment définir le pH comme une mesure logarithmique de la concentration d’acide, et comment utiliser le pH pour déterminer l’acidité ou la basicité relative d’une substance.

14:55

Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons découvrir l’échelle de pH, sa définition et le pH des substances communes. Généralement, quand on parle de pH, on parle de solutions aqueuses, des solutions où le solvant est l’eau, H2O. L’eau pure à 25 degrés Celsius a un pH de sept. Nous voyons généralement des solutions avec des valeurs de pH comprises entre zéro et 14, le pH sept étant au milieu. Le pH de l’eau, à savoir sept, est considéré comme neutre. Une solution dont le pH est supérieur à sept est basique. Et une solution dont le pH est inférieur à sept est acide.

Mais que signifie au juste l’acidité ? Généralement, un acide est une substance qui peut perdre des ions hydrogène. En général, l’eau est prise comme référence. Ce type particulier d’acide est connu sous le nom d’acide de Brønsted – Lowry. En règle générale, lorsque nous ajoutons un acide à l’eau, il se dissout et se dissocie, et l’ion hydrogène de l’acide se lie à une molécule d’eau, formant H3O+, également connu sous le nom d’ion hydronium. Et nous pouvons écrire l’équation comme ceci. HA aqueux plus H2O réagissent pour former A- aqueux plus H3O+ aqueux. Dans ce processus, l’acide donne un ion hydrogène à une molécule d’eau. Le reste de l’acide reste simplement laissé en solution.

Pour simplifier les choses, on omet parfois la molécule d’eau, mais la dissociation de l’acide est écrite telle que HA aqueux réagit pour former A- aqueux plus H+ aqueux. C’est la concentration de ces ions hydrogène en solution qui détermine l’acidité et le pH. Imaginons que nous avons de l’eau pure à 25 degrés Celsius. La concentration en ions hydrogène n’est en réalité pas nulle, mais elle est très petite à 0,0000001 molaire ou mole par litre. Ces ions hydrogène proviennent de la tendance naturelle des molécules d’eau à réagir entre elles. On voit dans ce cas une molécule d’eau donner un ion hydrogène à une autre.

Pour plus de lisibilité, on peut s’affranchir d’une des molécules d’eau et écrire la dissociation de l’eau en ions OH- et H+. C’est ce qu’on appelle l’auto-ionisation ou autoprotolyse de l’eau. Pour être précis, on devrait écrire des flèches de réaction réversibles, car les molécules d’eau réagissent pour produire des ions hydroxyde et hydronium. Mais les ions d’hydroxyde et hydronium peuvent aussi se recombiner pour former des molécules d’eau. Et lorsque ces systèmes atteignent l’équilibre, il reste finalement beaucoup plus d’eau que d’ions d’hydroxyde ou hydrogène. Et la différence est assez frappante. Pour chaque ion hydrogène, on s’attend à compter environ 550 millions de molécules d’eau.

Si une solution donnée présente une plus grande proportion d’ions hydrogène, elle est acide. Si elle en a moins, elle est basique. L’acidité ou la concentration en ions hydrogène des substances communes varie sur une gamme étendue. Une solution très acide, telle qu’une solution molaire d’acide chlorhydrique, aura une très forte concentration d’ions H+. Une solution molaire d’HCl contient 10 millions de fois plus d’ions hydrogène par unité de volume que l’eau pure, tandis qu’une solution très basique, comme l’hydroxyde de sodium, aura une concentration en ions hydrogène beaucoup plus faible.

Par rapport à l’eau, la concentration d’ions hydrogène dans la soude molaire est 10 millions de fois plus faible. Cela signifie que, entre 2 solutions extrêmes, nous pouvons voir une différence de concentration de 100000 milliards d’ions hydrogène. C’est le chiffre un suivi de 14 zéros. Cela signifie qu’on peut avoir affaire à une grande variété d’acidités lorsqu’on s’intéresse aux solutions usuelles. Plutôt que d’utiliser la concentration en ions hydrogène, les chimistes ont inventé une meilleure expression, le pH. Le pH n’est qu’un outil mathématique. Il est là pour simplifier les concentrations d’ions hydrogène utilisées jusqu’alors.

Et voici la formule du pH qui utilise la concentration molaire des ions hydrogène. Log signifie logarithme. Ici, on suppose que c’est le logarithme de base 10. Nous allons utiliser cet outil mathématique général pour simplifier les concentrations en ions hydrogène. Le nombre 1000 équivaut à 10 fois 10 fois 10, soit 10 puissance trois. Le log de 1000 est trois, le logarithme est donc une fonction qui indique combien de fois on doit multiplier 10 par lui-même pour obtenir un nombre donné. L’utilisation des logarithmes facilite la gestion et la comparaison de nombres grands et petits.

Nous avons déjà vu comment la concentration en ions hydrogène peut varier dans une plage peu commode. On peut simplifier ceci dans une certaine mesure en exprimant ces valeurs comme des puissances de 10, mais ce n’est pas suffisant. En prenant le logarithme de ces valeurs, on se retrouve avec des nombres beaucoup plus faciles à gérer. Et enfin, si on change le signe en appliquant le log négatif de la concentration en ions hydrogène, nous nous retrouvons avec de petits nombres entre zéro et 14 faciles à manipuler. Nous sommes enfin arrivés à notre échelle de pH. Grâce à elle, plutôt que de parler de concentrations d’ions hydrogène qui varient par puissances de 10, nous pouvons parler de pH qui varie d’une unité à l’autre. Le pH réel d’une substance varie en fonction de la température et de la concentration, mais nous pouvons placer les substances sur l’échelle du pH avec leurs valeurs typiques.

Comme nous l’avons déjà observé, l’eau pure a un pH d’environ sept. Si vous êtes en bonne santé, votre pH sanguin sera légèrement plus basique, d’environ 7,4. L’eau de mer a un pH d’environ 8,1. Une solution concentrée d’ammoniac aura un pH d’environ 11,6. Et une solution concentrée d’hydroxyde de sodium, qu’on utilise par exemple pour déboucher une canalisation, a un pH proche de 14. Dans la direction opposée, nous trouvons du lait au pH de 6,6, légèrement acide, tandis qu’une tasse de café aura un pH d’environ 4,5. Le jus de citron a un pH d’environ 2,3, et l’acide d’une batterie, qui est de l’acide sulfurique, a un pH d’environ zéro. Bien qu’il soit possible d’avoir des valeurs de pH supérieures à 14 ou inférieures à zéro, ce n’est pas très fréquent.

Il existe une échelle apparentée que vous pourriez rencontrer, appelée échelle de pOH. Le pOH est calculé de la même manière que le pH, mais en utilisant plutôt la concentration en ions hydroxyde. Le pH zéro est équivalent à pOH 14, et le pH 14 est équivalent à pOH zéro. Et nous pouvons facilement compléter le reste de l’échelle. Une solution à faible pH est acide, tandis qu’une solution à faible pOH est basique. Et nous pouvons voir sur l’échelle que la somme du pH et du pOH est toujours 14. Cela est vrai dans la plupart des cas. Cette formule peut être utile lors de la conversion entre le pH et le pOH.

Et la dernière chose à laquelle nous allons nous intéresser, ce sont les indicateurs. Cette classe de produits chimiques est utile car ils changent de couleur en fonction du pH du milieu. D’une certaine manière, les indicateurs réagissent avec la solution environnante, mais cette réaction est réversible, donc aucun dommage permanent ne se produit sur l’indicateur. L’un des indicateurs les plus courants est la phénolphtaléine. La phénolphtaléine, lorsqu’elle est ajoutée à une solution, indiquera si le pH est supérieur à 8,2 en devenant rose, tandis que dans les solutions dont le pH est inférieur à 8,2, la phénolphtaléine sera incolore.

Un autre indicateur commun est le méthylorange qui, dans les solutions au pH inférieur à 3,1, apparaîtra rouge. Il sera jaune dans les solutions avec un pH autour de 4,4. Et dans les solutions de pH compris entre 3,1 et 4,4, on observera un mélange de rouge et de jaune, il apparaît donc orange. Donc, dans un sens, ces indicateurs de pH n’indiquent pas le pH exact. Ils réduisent simplement un peu la gamme. La plupart des indicateurs vous indiquent seulement si le pH est supérieur ou inférieur à une valeur particulière. C’est pourquoi l’indicateur universel a été inventé. L’indicateur universel est un cocktail de différents indicateurs dont les couleurs se combinent pour donner un spectre arc-en-ciel le long de l’échelle de pH.

Veillez à ne pas oublier que les couleurs associées à une solution d’un pH donné sont généralement les couleurs de l’indicateur universel. Ces couleurs ne sont pas forcément celles des solutions à ces valeurs de pH. Nous pouvons utiliser des indicateurs chimiques pour contrôler la variation du pH d’une réaction, par exemple, entre un acide et une base. Par exemple, la réaction d’hydroxyde de sodium 0,1 molaire et de HCL 0,1 molaire peut être suivie à l’aide de l’indicateur universel. On peut surveiller le changement de couleur avec l’ajout d’hydroxyde de sodium et estimer le pH en regardant les couleurs et leurs évolutions.

Cela ne sera pas aussi précis que d’utiliser un pH-mètre, mais ce sera visuellement beaucoup plus intéressant. Avec cette concentration d’acide chlorhydrique et cet indicateur universel, notre solution commencerait par apparaître orange. C’est ce à quoi nous nous attendrions si le pH était de un. Le pH n’augmente que lentement et on n’atteint une valeur de 2 qu’après avoir consommé 80% de l’acide chlorhydrique. On observe au cours de cette période que la solution devient de plus en plus jaune orangé. Au fur et à mesure que nous nous rapprochons de la neutralisation complète de l’acide, la couleur passera de l’orange au jaune puis au vert, puis au vert clair.

Lorsque l’acide chlorhydrique est complètement neutralisé et qu’aucun excès de soude n’a été ajouté, le pH est de sept. En continuant à ajouter de l’hydroxyde de sodium, la solution deviendra basique, d’abord bleue puis violette. Mais ajouter beaucoup plus de solution d’hydroxyde de sodium ne changera plus considérablement le pH. Nous sommes limités par la concentration 0,1 molaire de notre solution mère. Si au lieu de cela, nous avions utilisé un pH-mètre, nous serions en mesure de tracer le pH beaucoup plus précisément comme ceci, avec une courbe lisse et une partie presque verticale au milieu. Mais ici, l’indicateur a quand même été très utile pour nous indiquer le pH approximatif de la solution.

Et d’autres indicateurs peuvent être très efficaces pour nous dire un point de neutralisation est atteint ou juste dépassé. Mais nous n’allons pas nous y intéresser. Passons plutôt à un peu de pratique.

L’eau des océans a un pH de huit. Est-elle acide, basique ou neutre ?

Le pH est une mesure de l’acidité. En général, l’intervalle de valeur du pH pour les solutions est de zéro à 14. Sept se trouve au milieu. Le pH de l’eau à 25 degrés Celsius, pH sept, est considéré comme neutre. Une solution dont le pH est inférieur à sept est acide. Et une solution avec un pH supérieur à sept est basique. La question nous dit que le pH de l’eau de mer est huit, ce qui est supérieur à sept. Par conséquent, l’eau de mer est basique.

Dans la question suivante, nous allons examiner d’autres gammes de pH.

Dans quel intervalle de valeurs trouverait-on le pH d’une solution basique ?

Le pH est une mesure de l’acidité. En règle générale, les solutions ont des valeurs de pH comprises entre zéro et 14. L’acidité d’une solution augmente à mesure que son pH diminue. Et la basicité d’une solution augmente à mesure que son pH augmente. Nous décrivons toute solution dont le pH est supérieur au pH de l’eau pure comme une solution basique. L’eau pure à 25 degrés Celsius a un pH de sept, et nous le considérons comme neutre. Ainsi, toute solution avec un pH supérieur à sept est basique. La question nous demande une plage de valeurs et non une seule valeur, donc nous recherchons une plage ouverte entre deux valeurs ou fermée en référence à une valeur.

Bien que l’échelle de pH ne soit régulièrement utilisée que jusqu’à un pH de 14, elle ne s’arrête pas vraiment là. Le mieux que nous puissions faire est donc de dire que le pH d’une solution basique est supérieur à sept.

Voilà deux questions qui examinaient les fondamentaux. Voyons maintenant une question plus pratique.

Le carbonate de calcium produit un dégagement gazeux de dioxyde de carbone lorsqu’il est ajouté au jus de citron. Sur la base de cette observation, que peut-on dire du pH du jus de citron ?

Le carbonate de calcium est un exemple de carbonate de métal, et la question nous dit que le mélange de carbonate de calcium et de jus de citron produit du dioxyde de carbone. Cela pourrait vous rappeler la réaction classique d’un carbonate de métal avec un acide, qui produit un sel de métal, du dioxyde de carbone et de l’eau. Il n’y a aucune observation liée à la production des sels métalliques ou de l’eau car ils restent dans le liquide. Mais nous observons des bulles de gaz carbonique. La question nous amène donc à la conclusion que le jus de citron est acide.

Le pH est la mesure de l’acidité d’une solution. L’eau pure à 25 degrés Celsius a un pH de sept et est considérée comme neutre. Une solution avec un pH de zéro est très acide. Et une solution avec un pH de 14 est très basique. Pour pouvoir réagir avec un carbonate, le jus de citron doit avoir un pH inférieur à sept et donc être acide. Par conséquent, étant donné que le jus de citron réagit avec le carbonate de calcium, comme démontré par la production de dioxyde de carbone, on sait que le pH du jus de citron doit être inférieur à sept. A partir de cette seule observation, cette réponse est aussi précise que possible.

En pratique, on s’attendrait à ce que le pH du jus de citron soit significativement inférieur à sept car la production de dioxyde de carbone à une vitesse observable nécessite une acidité relativement importante. Pour l’instant, moins de sept est la meilleure réponse que l’on puisse donner.

Maintenant, terminons avec les points clés. Le pH est la mesure de l’acidité d’une solution ; plus elle est acide, plus le pH sera petit. Le pH est calculé en prenant le logarithme négatif de base 10 de la concentration en ions hydrogène en molaires ou en moles par litre. Nous trouvons généralement des valeurs de pH comprises entre zéro et 14. Sinon, on peut examiner la basicité et le pOH, qui utilise plutôt la concentration en ions hydroxyde. Le pH et le pOH évoluent dans des directions opposées. Et dans la plupart des cas, la somme du pH et du pOH pour une solution donnée sera toujours 14.

Le pH de l’eau pure à 25 degrés Celsius, pH sept, est neutre. Les solutions acides ont un pH inférieur à sept, et les solutions basiques ont un pH supérieur à sept. Et enfin, les indicateurs chimiques indiquent, par leur couleur, l’intervalle des valeurs de pH possibles pour une solution.

Nagwa utilise des cookies pour vous garantir la meilleure expérience sur notre site. En savoir plus sur notre Politique de Confidentialité.