chapitre 3 L’eau et la vie 57
L’équilibre favorise tellement la réaction vers la gauche que,
lorsqu’on ajoute de l’acide carbonique à de l’eau, seulement
1 % de ses molécules se dissocient. Cela suffit pourtant à déplacer l’équilibre des ions H
1
et OH
2
du point de neutralité.
L’échelle de ph
Dans toute solution aqueuse à 25 °C, le produit des concentrations molaires volumiques de H
1
et de OH
2
est toujours
de 10
214
. Il peut s’écrire ainsi :
[H
1
][OH
2
] 5 10
214
(mol/L)
2
.
Dans ce genre d’équation, les crochets indiquent la concentration molaire volumique. Dans une solution neutre à température ambiante (25 °C), [H
1
] 5 10
27
mol/L et [OH
2
]
5 10
27
mol/L, de telle sorte que le produit est 10
27 3 10
27
5 10
214
(mol/L)
2
. Si l’on ajoute suffisamment d’acide à la
solution pour porter [H
1
] à 10
25
mol/L, [OH
2
] diminue d’une
quantité équivalente, jusqu’à atteindre 10
29
mol/L (10
25 3 10
29
5 10
214
). Cette relation constante explique le comportement
des acides et des bases dans une solution aqueuse. Un acide
ne fait pas qu’ajouter des protons à une solution ; il enlève
également des ions hydroxyde en raison de la tendance de
H
1
à se combiner avec OH
2
pour former de l’eau. Une base
produit l’effet opposé : elle augmente la concentration
molaire volumique de OH
2
tout en réduisant la concentration molaire volumique de H
1
par la formation d’eau. Si l’on
ajoute assez de base à une solution pour porter la concentration molaire volumique de OH
2
à 10
24
mol/L, il s’ensuit une
diminution de celle de H
1
à 10
210
mol/L. Quand on connaît
la concentration molaire volumique de H
1
dans une solution
aqueuse, on peut déduire la concentration molaire volumique
de OH
2
, et inversement.
Étant donné que les concentrations molaires volumiques
de H
1
et de OH
2
peuvent varier d’un facteur pouvant atteindre
100 billions (10
14
), les scientifiques ont conçu une échelle
de pH (figure 3.10) beaucoup plus commode à manipuler
que les moles par litre pour exprimer ce changement. Elle
réduit la plage des concentrations molaires volumiques de
H
1
et de OH
2
au moyen de logarithmes. Le pH (« potentiel
hydrogène ») d’une solution se définit comme le logarithme
négatif, en base 10, de la concentration molaire volumique
des protons :
pH 5 2log [H
1
]
Par ailleurs, on peut transformer le logarithme en exposant
[H
1
] 5 10
2pH
. Comme un exposant ne comporte jamais
d’unité, toutes les valeurs de pH apparaissent sans unité. Une
augmentation (ou une diminution) de « 1 » dans la valeur du
pH correspond à des concentrations différentes de protons
[H
1
] selon la valeur du pH de départ.
Dans le cas d’une solution neutre, [H
1
] égale 10
27
mol/L,
ce qui donne :
pH 5 2log 10
27 5 2(27) 5 7
Remarquez que le pH diminue à mesure que la concentration molaire volumique de H
1
augmente. Notez également
que, même si elle se base sur la concentration molaire volumique de H
1
, l’échelle de pH reflète également celle de
OH
2
. Une solution dont le pH est 10 possède une concentration molaire volumique de protons de 10
210
mol/L et une
concentration molaire volumique d’ions hydroxyde
de 10
24
mol/L.
Le pH d’une solution neutre est 7 à 25 °C, ce
qui correspond au milieu de l’échelle de pH. Une
valeur inférieure à ce chiffre désigne une solution
acide ; plus cette valeur est faible, plus la solution
est acide. Le pH d’une solution basique est supérieur
à 7. Le pH de la plupart des liquides biolo giques se situe entre
6 et 8. Il existe toutefois quelques exceptions, comme le suc
gastrique de l’estomac humain, fortement acide : son pH est
d’environ 2.
Rappelezvous qu’une variation d’une « unité » dans la
valeur du pH représente une différence d’un facteur de 10
dans les concentrations molaires volumiques de H
1
et de
OH
2
. C’est cette propriété mathématique qui permet de
condenser l’échelle de pH. Ainsi, une solution de pH 3 n’est
pas 2 fois, mais 1 000 fois (10 3 10 3 10) plus acide qu’une
autre de pH 6. Lorsque le pH d’une solution change légèrement, les concentrations molaires volumiques de H
1
et de
OH
2
varient de façon importante.
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Nettoyeur à four
Eau de Javel
Ammoniac
à usage domestique
Lait de magnésie
Eau de mer
Intérieur de
l’intestin grêle
Eau distillée
Sang humain, larmes
Urine
Salive
Pluie
Jus de tomate,
bière
Café noir
Vinaigre, vin,
cola
Suc gastrique (estomac),
jus de citron
Acide
d’accumulateurs
Échelle de pH
Neutralité
[H
] ϭ [OH
<
]
Acidité croissante
[H
] Ͼ
[OH
<
]
Basicité croissante
[H
ϩ
] Ͻ
[OH
Ϫ
]
Solution
neutre
Solution
basique
Solution
acide
m Figure 3.10 L’échelle de pH et les valeurs de pH
de quelques solutions aqueuses.
L’équilibre favorise tellement la réaction vers la gauche que,
lorsqu’on ajoute de l’acide carbonique à de l’eau, seulement
1 % de ses molécules se dissocient. Cela suffit pourtant à déplacer l’équilibre des ions H
1
et OH
2
du point de neutralité.
L’échelle de ph
Dans toute solution aqueuse à 25 °C, le produit des concentrations molaires volumiques de H
1
et de OH
2
est toujours
de 10
214
. Il peut s’écrire ainsi :
[H
1
][OH
2
] 5 10
214
(mol/L)
2
.
Dans ce genre d’équation, les crochets indiquent la concentration molaire volumique. Dans une solution neutre à température ambiante (25 °C), [H
1
] 5 10
27
mol/L et [OH
2
]
5 10
27
mol/L, de telle sorte que le produit est 10
27 3 10
27
5 10
214
(mol/L)
2
. Si l’on ajoute suffisamment d’acide à la
solution pour porter [H
1
] à 10
25
mol/L, [OH
2
] diminue d’une
quantité équivalente, jusqu’à atteindre 10
29
mol/L (10
25 3 10
29
5 10
214
). Cette relation constante explique le comportement
des acides et des bases dans une solution aqueuse. Un acide
ne fait pas qu’ajouter des protons à une solution ; il enlève
également des ions hydroxyde en raison de la tendance de
H
1
à se combiner avec OH
2
pour former de l’eau. Une base
produit l’effet opposé : elle augmente la concentration
molaire volumique de OH
2
tout en réduisant la concentration molaire volumique de H
1
par la formation d’eau. Si l’on
ajoute assez de base à une solution pour porter la concentration molaire volumique de OH
2
à 10
24
mol/L, il s’ensuit une
diminution de celle de H
1
à 10
210
mol/L. Quand on connaît
la concentration molaire volumique de H
1
dans une solution
aqueuse, on peut déduire la concentration molaire volumique
de OH
2
, et inversement.
Étant donné que les concentrations molaires volumiques
de H
1
et de OH
2
peuvent varier d’un facteur pouvant atteindre
100 billions (10
14
), les scientifiques ont conçu une échelle
de pH (figure 3.10) beaucoup plus commode à manipuler
que les moles par litre pour exprimer ce changement. Elle
réduit la plage des concentrations molaires volumiques de
H
1
et de OH
2
au moyen de logarithmes. Le pH (« potentiel
hydrogène ») d’une solution se définit comme le logarithme
négatif, en base 10, de la concentration molaire volumique
des protons :
pH 5 2log [H
1
]
Par ailleurs, on peut transformer le logarithme en exposant
[H
1
] 5 10
2pH
. Comme un exposant ne comporte jamais
d’unité, toutes les valeurs de pH apparaissent sans unité. Une
augmentation (ou une diminution) de « 1 » dans la valeur du
pH correspond à des concentrations différentes de protons
[H
1
] selon la valeur du pH de départ.
Dans le cas d’une solution neutre, [H
1
] égale 10
27
mol/L,
ce qui donne :
pH 5 2log 10
27 5 2(27) 5 7
Remarquez que le pH diminue à mesure que la concentration molaire volumique de H
1
augmente. Notez également
que, même si elle se base sur la concentration molaire volumique de H
1
, l’échelle de pH reflète également celle de
OH
2
. Une solution dont le pH est 10 possède une concentration molaire volumique de protons de 10
210
mol/L et une
concentration molaire volumique d’ions hydroxyde
de 10
24
mol/L.
Le pH d’une solution neutre est 7 à 25 °C, ce
qui correspond au milieu de l’échelle de pH. Une
valeur inférieure à ce chiffre désigne une solution
acide ; plus cette valeur est faible, plus la solution
est acide. Le pH d’une solution basique est supérieur
à 7. Le pH de la plupart des liquides biolo giques se situe entre
6 et 8. Il existe toutefois quelques exceptions, comme le suc
gastrique de l’estomac humain, fortement acide : son pH est
d’environ 2.
Rappelezvous qu’une variation d’une « unité » dans la
valeur du pH représente une différence d’un facteur de 10
dans les concentrations molaires volumiques de H
1
et de
OH
2
. C’est cette propriété mathématique qui permet de
condenser l’échelle de pH. Ainsi, une solution de pH 3 n’est
pas 2 fois, mais 1 000 fois (10 3 10 3 10) plus acide qu’une
autre de pH 6. Lorsque le pH d’une solution change légèrement, les concentrations molaires volumiques de H
1
et de
OH
2
varient de façon importante.
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Nettoyeur à four
Eau de Javel
Ammoniac
à usage domestique
Lait de magnésie
Eau de mer
Intérieur de
l’intestin grêle
Eau distillée
Sang humain, larmes
Urine
Salive
Pluie
Jus de tomate,
bière
Café noir
Vinaigre, vin,
cola
Suc gastrique (estomac),
jus de citron
Acide
d’accumulateurs
Échelle de pH
Neutralité
[H
] ϭ [OH
<
]
Acidité croissante
[H
] Ͼ
[OH
<
]
Basicité croissante
[H
ϩ
] Ͻ
[OH
Ϫ
]
Solution
neutre
Solution
basique
Solution
acide
m Figure 3.10 L’échelle de pH et les valeurs de pH
de quelques solutions aqueuses.