pH : comprendre l'échelle et la formule
Le pH indique le caractère acide, neutre ou basique d'une solution aqueuse. C'est une grandeur logarithmique : un écart d'une unité de pH correspond à un facteur 10 sur l'activité des ions oxonium H₃O⁺.
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Pour les solutions aqueuses courantes proches de 25 °C, on utilise souvent les repères suivants. La neutralité exacte dépend de la température.
L'activité de H₃O⁺ est plus élevée que dans une solution neutre aux mêmes conditions.
C'est le repère scolaire usuel pour l'eau pure à température ambiante.
L'activité de H₃O⁺ est plus faible que dans une solution neutre aux mêmes conditions.
Formule du pH
La définition rigoureuse du pH utilise l'activité chimique des ions oxonium. Dans de nombreux exercices scolaires portant sur des solutions suffisamment diluées, on utilise l'approximation :
Ici, c° = 1 mol·L⁻¹. Dans l'écriture scolaire simplifiée, on voit souvent pH = −log[H₃O⁺] lorsque la concentration est exprimée en mol·L⁻¹.
Exemple
Si [H₃O⁺] = 1,0 × 10⁻³ mol·L⁻¹ dans le cadre de cette approximation, alors pH ≈ 3.
Pourquoi une unité de pH change beaucoup de choses
L'échelle est logarithmique. Dans les mêmes conditions et avec l'approximation concentrationnelle, une solution de pH 3 possède une concentration en H₃O⁺ environ dix fois plus grande qu'une solution de pH 4. Deux unités de différence correspondent à un facteur 100.
Acides, bases et réaction acido-basique
Acide de Brønsted
Espèce capable de céder un proton H⁺ à une autre espèce.
Base de Brønsted
Espèce capable de capter un proton H⁺.
En solution aqueuse, on décrit les transferts de proton avec des espèces comme H₃O⁺ et HO⁻. Une équivalence lors d'un titrage acido-basique ne signifie pas automatiquement « pH = 7 » : la valeur dépend notamment de la nature de l'acide et de la base.
Erreurs fréquentes
- Confondre pH et concentration : le pH est logarithmique, pas proportionnel.
- Dire « neutre = 7 » sans contexte : pH ≈ 7 est le repère usuel vers 25 °C.
- Oublier le logarithme décimal : log₁₀ est utilisé dans la formule scolaire.
- Déduire qu'une équivalence acide-base vaut toujours pH 7 : ce n'est vrai que dans certains cas.
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