Le jus de citron, le vinaigre, l’eau savonneuse ou l’eau de Javel sont des solutions aqueuses très différentes : certaines sont acides, d’autres basiques. Une grandeur appelée pH permet de les distinguer et de les classer. Cette leçon présente le pH, ses méthodes de mesure, l’effet de la dilution et les précautions de sécurité liées aux solutions concentrées.
I. Solutions acides, basiques et neutres
Une solution aqueuse contient toujours des ions, notamment des ions hydrogène H+ et des ions hydroxyde HO−. C’est la quantité relative de ces deux ions qui détermine la nature de la solution :
• Une solution acide contient plus d’ions H+ que d’ions HO−.
• Une solution basique contient plus d’ions HO− que d’ions H+.
• Une solution neutre contient autant d’ions H+ que d’ions HO− (c’est le cas de l’eau pure).
II. L’échelle de pH
Le pH (potentiel d’hydrogène) est une grandeur sans unité qui permet de mesurer l’acidité ou la basicité d’une solution. Il varie sur une échelle de 0 à 14 :
• pH < 7 : la solution est acide (exemples : jus de citron, vinaigre, jus de tomate).
• pH = 7 : la solution est neutre (exemple : eau pure).
• pH > 7 : la solution est basique (exemples : eau savonneuse, eau de Javel, déboucheur de canalisation).
III. Mesurer le pH d’une solution
Deux méthodes principales permettent de déterminer le pH d’une solution :
• Le papier pH : on dépose une goutte de solution sur un morceau de papier pH, qui change de couleur ; on compare ensuite cette couleur à un nuancier de référence fourni pour lire la valeur approximative du pH.
• Le pH-mètre : on plonge l’extrémité de la sonde dans la solution et on attend quelques instants avant de lire la valeur affichée ; cette méthode donne une valeur plus précise (avec décimales) que le papier pH. Entre deux mesures, il faut impérativement rincer la sonde et l’agitateur à l’eau distillée, afin d’éviter que les solutions ne se mélangent, ce qui fausserait la mesure suivante.
IV. Effet de la dilution sur le pH
Diluer une solution consiste à y ajouter de l’eau. Cette opération rapproche toujours le pH de la valeur 7 :
• Pour une solution acide : l’acidité diminue et le pH augmente en se rapprochant de 7.
• Pour une solution basique : la basicité diminue et le pH diminue en se rapprochant de 7.
Attention : il ne faut jamais ajouter de l’eau à un acide concentré, car cela peut provoquer une projection violente et dangereuse de liquide. Lors d’une dilution, on doit toujours verser l’acide (ou la base) dans l’eau, et jamais l’inverse.
V. Dangers et précautions de sécurité
Les solutions acides ou basiques concentrées sont corrosives : elles peuvent provoquer des brûlures de la peau, des muqueuses et des yeux. Quelques précautions essentielles doivent être respectées en laboratoire comme à la maison :
• Lire attentivement les étiquettes et les pictogrammes de danger avant toute utilisation.
• Porter une blouse, des lunettes de protection et des gants.
• Ne jamais goûter une solution ni respirer directement ses vapeurs.
• Verser l’acide (ou la base) dans l’eau lors d’une dilution, jamais l’inverse.
Exercice d’application
1. Quelle est la différence, en termes d’ions, entre une solution acide et une solution basique ?
2. Sur quel intervalle varie le pH d’une solution ? Comment reconnaît-on qu’une solution est neutre ?
3. Citer deux méthodes permettant de mesurer le pH d’une solution, et préciser laquelle est la plus précise.
4. Une solution acide a un pH de 3. On y ajoute une grande quantité d’eau. Que devient son pH ? Justifier.
5. Pourquoi ne faut-il jamais ajouter de l’eau à un acide concentré ? Que doit-on faire à la place ?
Corrigés
1. Une solution acide contient plus d’ions H+ que d’ions HO−, tandis qu’une solution basique contient plus d’ions HO− que d’ions H+.
2. Le pH varie entre 0 et 14. Une solution est neutre lorsque son pH est égal à 7 (autant d’ions H+ que d’ions HO−).
3. Le papier pH et le pH-mètre. Le pH-mètre est la méthode la plus précise, car il donne une valeur numérique (avec décimales) plutôt qu’une simple comparaison de couleur.
4. Le pH augmente et se rapproche de 7, car la dilution diminue l’acidité de la solution.
5. Ajouter de l’eau à un acide concentré peut provoquer une projection violente et dangereuse. Il faut au contraire toujours verser l’acide dans l’eau, jamais l’inverse.
