Le pH des solutions

Le potentiel hydrogène

• Le potentiel hydrogène $\text{pH}$ est une grandeur sans dimension mesurant l’acidité ou la basicité d’une solution.

• Expérimentalement, le $\text{pH}$ d’une solution est déterminé de façon précise à l’aide d’un pH-mètre.
• Plus la concentration en ions $\text{H}_3\text{O}^+$ sera importante ; plus la solution sera acide et inversement.
• Le $\text{pH}$ est défini par la relation suivante :

• Avec $C^o$ la concentration standard fixée, par convention, à $1,0\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$.

Relation entre $\text{pH}$ et $[\text{H}_3\text{O}^+]$

• La valeur du $\text{pH}$ augmente quand la concentration en $[\text{H}_3\text{O}^+]$ diminue.
• Lorsque la concentration $[\text{H}_3\text{O}^+]$ diminue, le milieu devient de moins en moins acide, c’est-à-dire de plus en plus basique.
• Quand la concentration en ions oxonium est divisée par $10$, la valeur du $\text{pH}$ augmente d’une unité.

Détermination de la concentration d’un acide ou d’une base et du $\text{pH}$

Détermination d’une concentration à partir du titre massique

• Nous pouvons caractériser une solution par son titre massique et sa densité.
• Le titre massique est le rapport de la masse d’un soluté présent dans la solution sur la masse de la solution. $$w=\dfrac{m_{\text{soluté}}}{m_{\text{solution}}}$$
• La densité d’une solution est égale au rapport de la masse volumique d’une solution sur la masse volumique de l’eau à la même température. $$d= \frac{\rho_{\text{solution}}}{\rho_{\text{eau}}}$$
• Le titre massique et la densité d’une solution nous permettent de déterminer la concentration massique de la solution, et nous obtenons cette formule :

$$\boxed{c_m=w\times d\times \rho_{\text{eau}}}$$

Détermination d’une concentration à partir d’un titrage

• Le titrage permet de déterminer la concentration d’un soluté dans une solution.
• Solution de concentration inconnue est un acide, on utilise une espèce titrante basique.
• Solution de concentration inconnue est une base, on utilise une espèce titrante acide.
• Le milieu réactionnel est le siège d’une réaction acide/base :

$$\text{Base}\ 1 + \text{Acide}\ 2 = \text{Acide}\ 1 + \text{Base}\ 2$$

• Dispositif expérimental d’un titrage par suivi pH-métrique :

• Le suivi du dosage se fait par pH-métrie, c’est-à-dire qu’à chaque ajout de solution titrante, on mesure la valeur du $\text{pH}$.
• Reportant graphiquement les données obtenues, nous pouvons observer une variation brusque du $\text{pH}$ lors du dosage d’un acide par une base ou inversement.
• Cette variation brusque du $\text{pH}$ du milieu est appelée saut de $\text{pH}$, indiquant que l’on a atteint l’équivalence.
• Autrement dit, à l’équivalence, la neutralisation de l’acide ou de la base est obtenue.
• La méthode des tangentes nous permettra alors de déterminer le $\text{pH}$ et le volume de solution titrante versée à l’équivalence.