pH d’une solution

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Le pHpH d’une solution aqueuse est mesuré à l’aide d’un pH-mètre. Connaissant son pHpH, 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+H_3O^+ :
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789fd18c-3457-4b93-9977-b08ba1852ee9Cette relation est équivalente à : [H3O+]c0=10−pH\dfrac{[H_3O^+]}{c^0}=10^{-pH}.
À noter
L’échelle de pHpH est comprise entre 00 et 1414 à 25oC25^oC. Le pHpH est une fonction décroissante de la concentration en H3O+H_3O^+.
Le pHpH d’une solution aqueuse est mesuré à l’aide d’un pH-mètre, préalablement étalonné.
Au lycée, on mesure un pHpH, au mieux, à 0,050,05 unité près. Une telle incertitude sur la mesure de pHpH correspond à une incertitude relative élevée ; en conséquence toute concentration déduite d’une mesure de pHpH devra être exprimée avec, au maximum, deux chiffres significatifs.

II. Solution neutre, acide ou basique

À 25oC25^oC, le pHpH de l’eau pure est égal à 7,07,0 soit : [H3O+]=1,0×10−7 mol.L−1[H_3O^+] = 1,0 \times 10^{-7}~mol.L^{-1}.
La présence d’ions H3O+H_3O^+résulte de l’ionisation de quelques molécules d’eau par transfert d’un proton : c’est l’autoprotolyse de l’eau :
2H2O⇌H3O++HO−2H_2O \rightleftharpoons H_3O^+ + HO^-
Une solution aqueuse est neutre si elle contient autant d’ions H3O+H_3O^+que l’eau pure à25oC25^oC, acide si elle en contient plus ou basique si elle en contient moins.
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Méthode

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[H_3O^+] = 5,0 \times 10^{-3}~mol.L^{-1}et d’une solution d’eau de javel de pH=10,9pH= 10,9 à 25oC25^oC.

1. Calculer le pHpH de la solution


Solution

pH=−log⁡([H3O+]c0)=−log⁡(5,0×10−31,0)=2,3pH = - \log \left(\dfrac{[H_3O^+]}{c^0} \right) = - \log \left(\dfrac{5,0 \times 10^{-3}}{1,0} \right)=2,3.


2. Déterminer l’incertitude sur la concentration en ion H3O+


Le pH d’une solution aqueuse SS, mesuré avec un pH-mètre, est pH=8,90±0,05pH= 8,90 \pm 0,05.
a. Déterminer un encadrement de la concentration en ions H3O+H_3O^+ avec 33 chiffres significatifs. À partir de cet encadrement, déterminer la valeur de l’incertitude U([H3O+])U([H_3O^+]).
b. Calculer l’incertitude relative et donner la concentration en ions H3O+H_3O^+sous la forme :
[H3O+]±U([H3O+])[H_3O^+] \pm U([H_3O^+])
Conseils
Attention, l’incertitude U(G)U(G) ne peut être plus précise que la valeur GG déterminée.


Solution

a. 
8,858,85 < pHpH < 8,958,95
et [H3O+]=c0×10−pH[H_3O^+]= c^0 \times 10^{-pH}
donc [H3O+]=1,0×10−8,90=1,26×10−9 mol.L−1[H_3O^+]= 1,0 \times 10^{-8,90}=1,26 \times 10^{-9}~mol.L^{-1}
b.
U([H3O+])[H3O+]=0,15×10−91,26×10−9=0,119=12%\dfrac{U([H_3O^+])}{[H_3O^+]}= \dfrac{0,15 \times 10^{-9}}{1,26 \times 10^{-9}}=0,119=12 \%
 
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