Définition et mesure du pH

 

1) Définition du pH pour des solutions diluées

Le caractère acide, basique ou neutre d’une solution, est déterminée par sa concentration molaire en ions hydronium H₃O⁺. En solution aqueuse, les concentrations en ions H₃O⁺ peuvent varier dans un très large domaine: de quelques moles ou dizaines de moles par litre, jusqu’à des valeurs extrêmement faibles, de l’ordre de 10^-14 ou 10^-15 mole par litre. Une telle échelle de valeurs est peu commode à utiliser de façon courante aussi un chimiste danois, Sörensen, a introduit en 1909 la notion de pH.

Le pH d’une solution aqueuse diluée est égal à l’opposé du logarithme décimal de la concentration molaire en ions hydronium, exprimée en mol.L-1, de la solution :

              pH = – log [H₃O⁺]        [H₃O⁺] = 10^–pH

Cette définition s’applique pour des solutions de concentrations comprises entre 10^-2 et 10^-6 mol.L^-1 

Lien entre le pH et l’acidité ou la basicité d’une solution :

• Le pH est une fonction décroissante de la concentration en ions H₃O⁺
• L’augmentation du pH d’une unité équivaut à diviser la concentrations des ions H₃O⁺ par 10.
• Si l’on double la concentration en ions H₃O⁺, le pH diminue seulement de 0,3 unité.

2) Mesure du pH d’une solution

a) Les indicateurs colorés

Un indicateur coloré est une substance dont la couleur dépend du pH de la solution dans laquelle il se trouve.

Le changement de couleur de l’indicateur se fait dans un domaine assez étroit (2 unités pH environ), appelé zone de virage. Dans cette zone, la couleur de l’indicateur est la teinte sensible (les indicateurs colorés étant eux-mêmes des acides ou des bases, il faut les utiliser en très petite quantité afin de ne pas perturber le pH de la solution étudiée).

Indicateur	Couleur 1	Zone de virage	Couleur 2
Hélianthine	rouge	3,2 – 4,4	Jaune
Bleu de Bromothymol	jaune	6,0 – 7,6	Bleu
phénolphtaléine	incolore	8,2 - 10	Rose fuschia

Un indicateur coloré permet de savoir si le pH de la solution étudiée est inférieur à une valeur correspondant à la limite inférieure de la zone de virage (couleur 1) ou supérieur à une autre valeur correspondant à la limite supérieure de la zone de virage (couleur 2).

b) Détermination rapide : le papier indicateur de pH

On obtient ce papier en imprégnant un papier d’une solution constituée d’un mélange d’indicateurs colorés convenablement choisis (indicateur universel), puis en le séchant.

Pour déterminer le pH d’une solution aqueuse, on dépose, une goutte de cette solution (non colorée) sur un petit morceau de papier pH. La comparaison de la couleur prise par le papier avec une échelle de couleur fournie par le fabricant, permet une détermination rapide du pH avec une précision de l’ordre d’une unité pH.

c) Mesure pratique : le pH-mètre

La précision des mesures dépend de l’appareil et des électrodes utilisées : pour des solutions dont le pH est compris entre 2 et 11, l’intervalle d’incertitude est de l’ordre de 0,05 à 0,1 unité pH

Pour obtenir une précision équivalente pour des pH allant jusqu’à 13, il faut utiliser une électrode haute alcalinité.

Une incertitude de 0,1 unité pH conduit à une incertitude relative d’environ 25% sur la concentration en ions hydronium..