Ce que mesure le pH
Le pH indique si une solution aqueuse est acide, neutre ou basique, à partir de la concentration en ions oxonium : pH = −log[H3O+]. L’échelle est logarithmique : chaque unité correspond à un facteur dix. Une solution à pH 3 contient dix fois plus d’ions oxonium qu’une solution à pH 4, et dix mille fois plus que l’eau pure à pH 7.
Les formules
- pH = −log[H3O+] et pOH = −log[HO−]
- pH + pOH = 14 à 25 °C, car Ke = [H3O+] × [HO−] = 10⁻¹⁴
- Acide fort (HCl, HNO3) : totalement dissocié, [H3O+] ≈ concentration × nombre de H+ libérés
- Base forte (NaOH, KOH) : [HO−] ≈ concentration, puis pH = 14 − pOH
- Acide faible : on résout Ka = [H3O+]² ÷ (C − [H3O+]), avec Ka = 10^−pKa
Le calculateur tient aussi compte de l’autoprotolyse de l’eau : une solution très diluée tend bien vers pH 7.
Exemple chiffré : le vinaigre
Un vinaigre d’alcool à 6 degrés contient environ 1 mol/L d’acide éthanoïque, de pKa 4,76.
- Ka = 10^−4,76 = 1,74 × 10⁻⁵.
- La résolution donne [H3O+] ≈ 4,2 × 10⁻³ mol/L.
- pH = −log(4,2 × 10⁻³) = 2,38.
- Seulement 0,42 % des molécules d’acide sont dissociées : c’est ce qui en fait un acide faible.
pH de produits courants
| Produit | pH typique |
|---|---|
| Suc gastrique | 1 à 2 |
| Jus de citron | environ 2 |
| Vinaigre | environ 2,4 |
| Coca-cola | environ 2,5 |
| Café | environ 5 |
| Eau de pluie | environ 5,6 |
| Eau pure (25 °C) | 7,0 |
| Sang | 7,35 à 7,45 |
| Eau de mer | environ 8,1 |
| Ammoniaque ménagère | environ 11,5 |
| Eau de Javel | 12 à 13 |
Acide fort ou faible
Un acide fort comme l’acide chlorhydrique cède tous ses protons : à 0,01 mol/L, son pH vaut 2. Un acide faible à la même concentration n’en cède qu’une petite partie : l’acide éthanoïque à 0,01 mol/L a un pH d’environ 3,4. Plus le pKa est faible, plus l’acide est fort.
Limites du calcul
- Activité : au-delà de 0,1 mol/L environ, les ions interagissent et le pH réel s’écarte du calcul.
- Température : l’eau pure n’est à pH 7 qu’à 25 °C ; à 37 °C, son pH est d’environ 6,8.
- Polyacides : l’acide phosphorique ou citrique libèrent un deuxième proton à pH plus élevé. Le calculateur utilise la première acidité, qui fixe le pH de leurs solutions dans la plupart des cas.
- Sécurité : les acides et bases concentrés brûlent la peau et les yeux. On verse toujours l’acide dans l’eau, jamais l’inverse.