Qu'est-ce que le pH ?
Le p de pH vient du mot allemand potenz (puissance), et H signifie ion hydrogène. Le pH mesure la concentration en ions H⁺ (H₃O⁺) d'une solution sur une échelle de 0 à 14.
- pH < 7 : acide (plus de H⁺ que de OH⁻)
- pH = 7 : neutre (autant de H⁺ que de OH⁻), comme l'eau pure
- pH > 7 : basique (plus de OH⁻ que de H⁺)
Plus il y a de H⁺, plus le pH est bas. L'échelle est logarithmique : chaque baisse de 1 du pH veut dire 10 fois plus d'ions H⁺.
Indicateur universel et papier pH
Le tournesol dit seulement acide ou base. Un indicateur universel est un mélange de plusieurs indicateurs ; il prend une couleur différente à chaque pH, ce qui permet de lire une valeur approximative du pH. Le rouge indique un acide fort, l'orange-jaune un acide faible, le vert le neutre, le bleu une base faible et le violet une base forte.
| Liquide | pH approximatif |
|---|---|
| Suc gastrique | 1.5–2 |
| Jus de citron | 2.2 |
| Vinaigre | 3 |
| Jus de tomate | 4.2 |
| Lait | 6.5 |
| Eau pure | 7 |
| Sang | 7.4 |
| Solution de bicarbonate de soude | 8.3 |
| Lait de magnésie | 10 |
| Solution d'hydroxyde de sodium | 14 |
Acides et bases forts et faibles
La force dépend du nombre d'ions H⁺ ou OH⁻ qu'une substance libère dans l'eau.
- Acides forts : ils libèrent beaucoup d'ions H⁺ : HCl, H₂SO₄, HNO₃.
- Acides faibles : ils libèrent peu d'ions H⁺ : acide acétique, acide citrique, acide carbonique.
- Bases fortes : NaOH, KOH. Bases faibles : NH₄OH, Mg(OH)₂.
La force n'est pas la même chose que la concentration. Un acide fort dilué se sépare quand même entièrement en ions ; un acide faible concentré donne quand même peu d'ions. Ainsi, HCl à 0.1 M a un pH plus bas (environ 1) que l'acide acétique à 0.1 M (environ 3).
Le pH dans la vie de tous les jours
Plantes, animaux et notre corps
Notre corps fonctionne dans une zone de pH étroite, environ 7.0–7.8. Le sang reste près de 7.4. Les êtres vivants ne survivent que dans une petite plage de pH.
Pluies acides
Quand l'eau de pluie a un pH inférieur à 5.6, on parle de pluie acide (due aux oxydes de soufre et d'azote dans l'air). Quand elle coule dans les rivières, le pH plus bas fait du mal aux poissons et aux autres êtres aquatiques.
pH du sol
Les plantes poussent mieux dans une certaine plage de pH. Un sol trop acide est traité avec de la chaux vive, de la chaux éteinte ou de la craie ; un sol trop basique est traité avec de la matière organique.
Digestion
L'estomac fabrique du HCl pour aider à digérer. Un excès d'acide cause douleur et irritation (acidité) ; des bases douces comme le lait de magnésie le neutralisent.
Carie dentaire
Les bactéries de la bouche transforment le sucre et les restes d'aliments en acides. Sous pH 5.5, l'émail des dents (hydroxyapatite de calcium, la substance la plus dure du corps) commence à se corroder. Le dentifrice est basique et neutralise cet acide.
Autodéfense des animaux et des plantes
Une piqûre d'abeille injecte un acide, donc une pâte de bicarbonate de soude, qui est une base douce, soulage. Les feuilles d'ortie ont des poils piquants contenant de l'acide méthanoïque ; on frotte traditionnellement sur la piqûre une feuille de patience, qui pousse souvent à côté.
Formules et définitions clés
- pH < 7 acide, pH = 7 neutre, pH > 7 basique
- pH plus bas = plus d'ions H⁺ ; 1 unité de pH = 10 fois plus de H⁺
- Rapport des H⁺ entre deux solutions = 10^(différence de pH)
- Acides forts : HCl, H₂SO₄, HNO₃ ; acides faibles : CH₃COOH, citrique, carbonique
- Bases fortes : NaOH, KOH ; bases faibles : NH₄OH, Mg(OH)₂
- L'émail se dissout sous pH 5.5 ; la pluie acide a un pH inférieur à 5.6
Exemples résolus
1. La solution A a un pH de 3 et la solution B un pH de 5. Laquelle est la plus acide, et combien de fois ?
Plus le pH est bas, plus c'est acide, donc A. Différence = 5 − 3 = 2, donc A a 10² = 100 fois plus d'ions H⁺ que B.
2. Range par pH croissant : solution de NaOH, sang, jus de citron, eau pure.
Jus de citron (environ 2.2) < eau pure (7) < sang (7.4) < solution de NaOH (environ 14).
3. Un indicateur universel devient vert dans la solution P et violet dans la solution Q. Que peux-tu dire ?
Le vert correspond à un pH d'environ 7, donc P est neutre. Le violet correspond à un pH d'environ 13–14, donc Q est fortement basique.
4. Pourquoi une personne qui a des brûlures d'estomac prend-elle du lait de magnésie et pas du vinaigre ?
Les brûlures viennent d'un excès de HCl dans l'estomac. Le lait de magnésie, Mg(OH)₂, est une base douce qui neutralise l'excès d'acide. Le vinaigre est un acide et aggraverait les choses.
5. Un élève dilue un acide de pH 2 en ajoutant de l'eau. Le pH monte-t-il ou descend-il ? Peut-il dépasser 7 ?
La dilution diminue la concentration en H⁺, donc le pH monte (vers 7). Mais en ajoutant de l'eau pure, il ne peut pas dépasser 7 ; il se rapproche seulement du neutre.
6. Deux solutions à 0.1 M : HCl donne un pH d'environ 1 et l'acide acétique un pH d'environ 3. Explique.
HCl est un acide fort et se sépare entièrement en ions ; l'acide acétique est faible et ne se sépare qu'un peu. À la même concentration, HCl donne environ 100 fois plus de H⁺, donc son pH est inférieur de 2 unités.
Erreurs fréquentes
- Croire qu'un pH plus élevé veut dire plus acide. C'est l'inverse : pH plus bas, plus acide.
- Croire que pH 4 est à peine plus acide que pH 5. Il a 10 fois plus de H⁺.
- Confondre fort et concentré. Fort veut dire entièrement ionisé ; concentré veut dire beaucoup d'acide dans peu d'eau.
- Croire que la pluie acide est toute pluie de pH inférieur à 7. La pluie normale est déjà un peu acide (environ 5.6) à cause du CO₂ ; la pluie acide est sous 5.6.