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Le pH des solutions

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Le potentiel hydrogène

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

En milieu aqueux à 25°C25\degree\text{C}
Solution acide Solution neutre Solution basique
0<pH<70<\text{pH}<7 pH=7\text{pH}=7 7<pH<147<\text{pH}<14
  • Expérimentalement, le pH\text{pH} d’une solution est déterminé de façon précise à l’aide d’un pH-mètre.
  • Plus la concentration en ions H3O+\text{H}_3\text{O}^+ sera importante ; plus la solution sera acide et inversement.
  • Le pH\text{pH} est défini par la relation suivante :

pH= log[H3O+]Co\boxed{\text{pH}=\ -\text{log}\dfrac{\left[\text{H}3\text{O}^+\right]}{C^o}} ce qui implique [H3O+]=Co×10pH\boxed{[\text{H}3\text{O}^+] = C^o \times 10^{-\text{pH}}}

  • Avec CoC^o la concentration standard fixée, par convention, à 1,0 molL11,0\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}.

Relation entre pH\text{pH} et [H3O+][\text{H}_3\text{O}^+]

  • La valeur du pH\text{pH} augmente quand la concentration en [H3O+][\text{H}_3\text{O}^+] diminue.
  • Lorsque la concentration [H3O+][\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 1010, la valeur du pH\text{pH} augmente d’une unité.

Détermination de la concentration d’un acide ou d’une base et du pH\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=msoluteˊmsolutionw=\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=ρsolutionρeaud= \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 :

cm=w×d×ρeau\boxed{cm=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 :

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

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

physique chimie terminale pH des solutions titrage colorimétrique

  • 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 pH\text{pH}.
  • Reportant graphiquement les données obtenues, nous pouvons observer une variation brusque du pH\text{pH} lors du dosage d’un acide par une base ou inversement.
  • Cette variation brusque du pH\text{pH} du milieu est appelée saut de pH\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 pH\text{pH} et le volume de solution titrante versée à l’équivalence.