Le pH d’une solution aqueuse est mesuré à l’aide d’un pH-mètre. Connaissant son pH, on peut qualifier une solution d’acide, basique ou neutre.
I) Définition et mesure du pH
Le pH, abréviation de « potentiel hydrogène », est un paramètre servant à définir si un milieu est acide ou basique. Il est lié à la concentration en ions oxonium H3O+ :
Cette relation est équivalente à : .
À noter
L’échelle de pH est comprise entre 0 et 14 à 25 °C. Le pH est une fonction décroissante de la concentration en H3O+.
Le pH d’une solution aqueuse est mesuré à l’aide d’un pH-mètre, préalablement étalonné.
Au lycée, on mesure un pH, au mieux, à 0,05 unité près. Une telle incertitude sur la mesure de pH correspond à une incertitude relative élevée ; en conséquence toute concentration déduite d’une mesure de pH devra être exprimée avec, au maximum, deux chiffres significatifs.
III) Solution neutre, acide ou basique
À 25 °C, le pH de l’eau pure est égal à 7,0 soit : [H3O+] = 1,0 × 10−7 mol · L−1. La présence d’ions H3O+ résulte de l’ionisation de quelques molécules d’eau par transfert d’un proton : c’est l’autoprotolyse de l’eau :
2 H2O H3O+ + HO−.
Une solution aqueuse est neutre si elle contient autant d’ions H3O+ que l’eau pure à 25 °C, acide si elle en contient plus ou basique si elle en contient moins.
Méthode
1) Identifier une solution acide, neutre ou basique
On dispose d’une solution diluée de vinaigre blanc de concentration en ions oxonium [H3O+] = 5,0 × 10−3 mol · L−1 et d’une solution d’eau de javel de pH = 10,9 à 25 °C.
Conseils
Calculer le pH de la solution de vinaigre.
Solution
pH = = 2,3.
2Déterminer l’incertitude sur la concentration en ion H3O+
Le pH d’une solution aqueuse S, mesuré avec un pH-mètre, est pH = 8,90 ± 0,05.
a. Déterminer un encadrement de la concentration en ions H3O+ avec 3 chiffres significatifs. À partir de cet encadrement, déterminer la valeur de l’incertitude U([H3O+]).
b. Calculer l’incertitude relative et donner la concentration en ions H3O+ sous la forme :
[H3O+] ± U([H3O+]).
Conseils
Attention, l’incertitude U(G) ne peut être plus précise que la valeur G déterminée.
Solution
a. 8,85 < pH < 8,95 et [H3O+] = c0 × 10−pH
et [H3O+] = 1,0 × 10−8,90 = 1,26 × 10−9 mol · L−1.
b.