Solutions acides et basiques : le pH
Troisième · Physique-Chimie · Organisation et transformations de la matière
Organisation et transformations de la matière
Le pH et l'échelle d'acidité
Le jus de citron pique, l'eau savonneuse est glissante, l'eau pure ne fait ni l'un ni l'autre. Ces différences ont une explication chimique, et une seule grandeur permet de les classer toutes : le pH.
Dans toute solution aqueuse cohabitent deux types d'ions : les ions hydrogène H+ et les ions hydroxyde HO−. Ils sont toujours présents ensemble, jamais l'un sans l'autre, mais rarement à égalité : c'est leur proportion qui fait la différence entre une solution acide, neutre ou basique. Quand les ions H+ dominent, la solution pique et attaque certains métaux ; quand ce sont les ions HO− qui dominent, elle est glissante au toucher et attaque la peau tout autant. Le pH permet de mesurer ce déséquilibre entre les deux ions sans avoir à les compter un par un.
Quelques valeurs de référence
Ce tableau rassemble des solutions du quotidien et du laboratoire, classées par pH croissant. Les acides forts, comme l'acide chlorhydrique, se trouvent tout en bas de l'échelle, près de 0 ; les bases fortes, comme la soude, tout en haut, près de 14. Entre les deux, l'eau distillée occupe la position centrale : à pH 7, elle contient exactement autant d'ions H+ que d'ions HO−, c'est pour cela qu'elle est neutre. Le classement ne fonctionne pas comme une note scolaire, où un grand nombre est toujours le meilleur : un pH proche de 0 signale une solution très agressive, et un pH proche de 14 aussi, mais dans l'autre sens. Le vinaigre et le jus de citron, par exemple, ont des pH voisins (3 et 2,4) parce qu'ils contiennent tous les deux des acides, même si ce ne sont pas les mêmes.
| Solution | pH environ | Caractère |
|---|---|---|
| Acide chlorhydrique du laboratoire | 1 | Acide fort |
| Jus de citron | 2,4 | Acide |
| Vinaigre | 3 | Acide |
| Eau distillée | 7 | Neutre |
| Eau savonneuse | 9 | Basique |
| Soude du laboratoire | 13 | Basique forte |
Comment mesurer un pH ?
Mesurer un pH, c'est répondre à deux questions différentes selon la situation. Veut-on savoir rapidement si une solution est acide, neutre ou basique, sans chercher un chiffre exact ? Ou veut-on comparer précisément deux solutions entre elles, par exemple pour vérifier qu'une dilution a bien fonctionné ? Selon la réponse, on ne choisit pas le même instrument : plus la mesure doit être précise, plus le matériel est sensible et doit être manipulé avec soin, en particulier la sonde du pH-mètre qui se raye et se dérègle facilement si on la traite sans précaution.
Organisation et transformations de la matière
Ions, dilution et sécurité
Derrière le pH se cachent deux ions, présents dans toutes les solutions aqueuses : l'ion hydrogène H+ et l'ion hydroxyde HO−. C'est leur proportion qui fait toute la différence.
| Caractère | pH | Comparaison des ions | Exemple |
|---|---|---|---|
| Acide | de 0 à moins de 7 | H+ en excès par rapport à HO− | Acide chlorhydrique (H+ et Cl−) |
| Neutre | égal à 7 | autant de H+ que de HO− | Eau distillée |
| Basique | de plus de 7 à 14 | HO− en excès par rapport à H+ | Soude (Na+ et HO−) |
L'effet de la dilution
Diluer une solution, c'est y ajouter de l'eau. La quantité d'ions H+ ou HO− ne change pas, mais elle se répartit dans un plus grand volume : la solution devient moins concentrée, donc moins agressive.
Exercices corrigés
Une solution est acide lorsque :
- A.son pH est inférieur à 7Bonne réponse
- B.son pH est supérieur à 7
- C.son pH est égal à 7
- D.son pH est supérieur à 14
Réponse : A — son pH est inférieur à 7
Acide = pH inférieur à 7. Retiens l'ordre naturel de l'échelle : les acides sont « en bas » (0 à 7), les bases « en haut » (7 à 14). Et un pH supérieur à 14 n'existe pas sur cette échelle.
Entre quelles valeurs s'étend l'échelle de pH ?
- A.Entre 0 et 7
- B.Entre 1 et 10
- C.Entre −14 et 14
- D.Entre 0 et 14Bonne réponse
Réponse : D — Entre 0 et 14
L'échelle de pH va de 0 à 14, avec 7 au centre pour la neutralité. Il n'existe pas de pH négatif sur cette échelle, et elle ne s'arrête pas à 7 : sinon les solutions basiques n'auraient nulle part où se placer !
Le vinaigre a un pH d'environ 3. C'est donc une solution :
- A.neutre
- B.basique
- C.sans pH
- D.acideBonne réponse
Réponse : D — acide
3 est inférieur à 7, donc le vinaigre est une solution acide — ce qui explique son goût piquant. D'ailleurs le mot « vinaigre » vient de « vin aigre » : l'aigreur est un indice d'acidité.
Une solution basique contient :
- A.plus d'ions H+ que d'ions HO−
- B.plus d'ions HO− que d'ions H+Bonne réponse
- C.uniquement des ions HO−
- D.ni ions H+ ni ions HO−
Réponse : B — plus d'ions HO− que d'ions H+
Dans une solution basique, les ions hydroxyde HO− sont en excès par rapport aux ions hydrogène H+. Attention : les deux ions sont TOUJOURS présents ensemble dans une solution aqueuse, c'est leur proportion qui change, jamais leur présence.
Pour diluer un acide concentré en toute sécurité, il faut :
- A.verser l'eau dans l'acide, rapidement
- B.verser l'eau dans l'acide, lentement
- C.chauffer l'acide avant d'ajouter l'eau
- D.verser l'acide dans l'eau, lentementBonne réponse
Réponse : D — verser l'acide dans l'eau, lentement
On verse toujours l'acide DANS l'eau, jamais l'inverse. La dilution dégage de la chaleur : si on verse l'eau sur l'acide concentré, le mélange peut chauffer brutalement et gicler. La formule à retenir : « on ne jette jamais d'eau dans l'acide ».
Quels ions trouve-t-on dans TOUTE solution aqueuse, qu'elle soit acide, neutre ou basique ?
- A.Les ions Na+ et Cl−
- B.Les ions Cu2+ et HO−
- C.Les ions H+ et HO−Bonne réponse
- D.Uniquement les ions H+
Réponse : C — Les ions H+ et HO−
Toute solution aqueuse contient à la fois des ions hydrogène H+ et des ions hydroxyde HO−. Ce qui change d'une solution à l'autre, c'est laquelle des deux espèces est en excès. Les ions sodium ou cuivre, eux, ne sont présents que si on les a mis là.
On prélève 10 mL d'une solution acide de pH 2 et on complète jusqu'à 100 mL avec de l'eau distillée. Le pH mesuré vaut alors 3. Quelle conclusion est correcte ?
- A.La solution est devenue basique après dilution
- B.Diluer 10 fois un acide augmente son pH d'une unité, il reste acideBonne réponse
- C.Le pH a augmenté, la solution est donc plus acide qu'avant
- D.La dilution a fait disparaître tous les ions H+
Réponse : B — Diluer 10 fois un acide augmente son pH d'une unité, il reste acide
Passer de 10 mL à 100 mL, c'est une dilution au dixième : le pH gagne une unité, de 2 à 3. La solution reste acide puisque 3 est inférieur à 7, mais elle est moins concentrée en ions H+, donc moins agressive. Un pH qui augmente signale toujours une acidité qui diminue.
Voici quatre solutions : A (pH = 6,5), B (pH = 1), C (pH = 7), D (pH = 9). Comment les classer de la plus acide à la plus basique ?
- A.B, A, C, DBonne réponse
- B.A, B, C, D
- C.D, C, A, B
- D.B, C, A, D
Réponse : A — B, A, C, D
On classe simplement par pH croissant : 1 (B), puis 6,5 (A), puis 7 (C), puis 9 (D). B est la plus acide, D la plus basique, C est neutre et A est légèrement acide. Attention à ne pas se laisser piéger par l'ordre des lettres de l'énoncé !
Un élève affirme : « Le déboucheur de canalisation a un pH de 13, donc il est inoffensif puisqu'il n'est pas acide. » Que penser de cette phrase ?
- A.Elle est juste : seuls les acides sont dangereux
- B.Elle est juste, car un pH élevé signifie une solution diluée
- C.Elle est fausse : un pH de 13 correspond à une solution acide
- D.Elle est fausse : une solution très basique est aussi très corrosiveBonne réponse
Réponse : D — Elle est fausse : une solution très basique est aussi très corrosive
Le raisonnement de l'élève est faux. Plus on s'éloigne de 7, dans un sens comme dans l'autre, plus la solution est agressive. Un pH de 13 correspond bien à une base, mais une base concentrée attaque la peau et les yeux tout autant qu'un acide fort. Lunettes et gants obligatoires.
Parmi ces quatre affirmations sur le pH, laquelle est la seule EXACTE ?
- A.Le pH s'exprime en degrés et se mesure avec un thermomètre
- B.Une solution neutre contient autant d'ions H+ que d'ions HO−Bonne réponse
- C.On peut rendre neutre un acide simplement en le diluant beaucoup
- D.Une solution de pH 10 est plus acide qu'une solution de pH 4
Réponse : B — Une solution neutre contient autant d'ions H+ que d'ions HO−
Seule la deuxième affirmation est correcte : la neutralité, c'est l'égalité entre ions H+ et ions HO−. Le pH n'a aucune unité et se mesure au pH-mètre ; la dilution rapproche le pH de 7 sans jamais l'atteindre ; et un pH de 10 correspond à une base, donc bien moins acide qu'un pH de 4.
Quel est le pH d'une solution neutre ?
- A.0
- B.1
- C.7Bonne réponse
- D.14
Réponse : C — 7
La neutralité correspond exactement à pH = 7, c'est le pH de l'eau distillée. En dessous on est du côté acide, au-dessus du côté basique. 0 et 14 sont les deux extrémités de l'échelle, donc les cas les plus agressifs.
Quel instrument permet la mesure la plus PRÉCISE d'un pH ?
- A.Le papier pH
- B.Le pH-mètreBonne réponse
- C.Le bleu de bromothymol
- D.Le thermomètre
Réponse : B — Le pH-mètre
Le pH-mètre donne une valeur au dixième près, alors que le papier pH ne donne qu'une valeur approchée par comparaison de couleurs. Le bleu de bromothymol est un indicateur coloré : il signale un domaine (acide, neutre, basique) mais pas une valeur. Le thermomètre, lui, mesure une température.
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