1. Le pH : mesurer l'acidité d'une solution
Le détartrant qui rend leur éclat aux vitrines est acide ; le dégraissant des surfaces est basique. Pour les utiliser correctement et sans danger, il faut savoir caractériser leur acidité : c'est le rôle du pH.
pH d'une solution aqueuse : grandeur sans unité définie par :
pH = −log [H3O+]
où [H3O+] est la concentration en ions oxonium H3O+ (ion caractéristique des acides), exprimée en mol·L−1.
Relation inverse : [H3O+] = 10−pH.
Échelle de pH (conditions usuelles) :
- pH < 7 : solution acide — plus [H3O+] est forte, plus la solution est acide et plus le pH est faible ;
- pH ≈ 7 : solution neutre — le pH de l'eau pure est voisin de 7 ;
- pH > 7 : solution basique (peu d'ions H3O+).
Échelle logarithmique : quand le pH diminue de 1 unité, [H3O+] est multipliée par 10. Un détartrant à pH 2 est 100 fois plus concentré en H3O+ qu'une solution à pH 4.
| Solution courante | pH approximatif | Caractère |
|---|---|---|
| Détartrant (acide) | 2 | Très acide |
| Vinaigre ménager | 2,4 – 3 | Acide |
| Eau minérale | 6 – 7,5 | Quasi neutre |
| Savon / crème lavante | 8 – 10 | Basique |
| Dégraissant (ammoniaque, soude diluée) | 11 – 13 | Très basique |
2. Calculer le pH à partir de la concentration
Exemple résolu — Solution de détartrant diluée : une solution préparée pour nettoyer les vitres contient [H3O+] = 5,0 × 10−3 mol·L−1. Quel est son pH ?
pH = −log (5,0 × 10−3) = −(log 5,0 − 3) = −(0,70 − 3) = 2,3.
pH < 7 : la solution est acide — gants obligatoires pour la manipulation.
Exemple résolu — Sens inverse : le pH d'un savon liquide est 9,0. Quelle est sa concentration en ions oxonium ?
[H3O+] = 10−9,0 = 1,0 × 10−9 mol·L−1 : concentration très faible → solution basique.
Calculer un pH pas à pas :
- 1. Vérifier que la concentration est en mol·L−1 et l'écrire en notation scientifique (a × 10−n).
- 2. À la calculatrice : pH = −log(a × 10−n).
- 3. Contrôle rapide : si a = 1,0, alors pH = n exactement ; sinon le pH est compris entre n−1 et n.
- 4. Conclure sur le caractère : pH < 7 acide, ≈ 7 neutre, > 7 basique.
3. Mesurer et vérifier le caractère logarithmique
- Mesure précise : au pH-mètre (sonde étalonnée avec des solutions tampons), précision typique ± 0,1 unité de pH.
- Estimation : papier pH ou indicateurs colorés (lecture approximative à ± 1 unité).
Vérifier le modèle logarithmique (protocole) :
- 1. Préparer une solution mère d'acide (ex. [H3O+] = 1,0 × 10−1 mol·L−1) puis des dilutions successives au 1/10 : 10−2, 10−3, 10−4 mol·L−1.
- 2. Mesurer le pH de chaque solution au pH-mètre étalonné.
- 3. Constater : à chaque dilution par 10, le pH augmente d'environ 1 unité → le pH suit bien un modèle logarithmique (linéaire en fonction de −log[H3O+]).
- 4. Tracer pH = f(−log[H3O+]) : la droite obtenue confirme la relation pH = −log [H3O+].
Sécurité : les produits d'entretien acides ou basiques concentrés sont corrosifs (pictogramme corrosion sur l'étiquette) : porter gants, lunettes et blouse ; ne jamais mélanger un détartrant acide avec de l'eau de Javel (dégagement de dichlore toxique !) ; diluer selon la notice ; trier les déchets chimiques dans les contenants prévus, jamais au lavabo pour les produits concentrés.
Mesures et incertitudes : le pH-mètre doit être étalonné avant mesure ; rincer la sonde à l'eau distillée entre deux solutions ; attendre la stabilité de l'affichage ; donner le résultat au dixième près maximum (pH = 2,3, pas 2,31 475).