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Un exemple concret
Un jus de citron a un pH d'environ 2 : il est acide. Une eau savonneuse a un pH d'environ 10 : elle est basique.
Le piège à éviter
L'échelle est logarithmique : quand le pH baisse de 1, la concentration en ions oxonium est multipliée par 10.
Pour aller plus loin
Le pH a été introduit en 1909 par le chimiste danois Søren Sørensen, qui travaillait au laboratoire de la brasserie Carlsberg et cherchait un moyen simple d'exprimer l'acidité lors de ses études sur les enzymes. Le sigle signifie « potentiel hydrogène ». Dans la définition rigoureuse, on écrit pH = −log([H₃O⁺] / c°) avec c° = 1 mol/L, ce qui rend le pH sans unité ; en pratique, au lycée, on retient pH = −log[H₃O⁺]. Pour retrouver la concentration à partir du pH, on utilise la fonction inverse : [H₃O⁺] = 10^(−pH).
Les calculs se font dans les deux sens. Une solution de concentration [H₃O⁺] = 1,0 × 10⁻³ mol/L a un pH de 3. À l'inverse, une solution de pH 8,5 contient [H₃O⁺] = 10^(−8,5) ≈ 3,2 × 10⁻⁹ mol/L. Pour un acide fort comme l'acide chlorhydrique, entièrement dissocié dans l'eau, une solution à 0,010 mol/L donne [H₃O⁺] = 0,010 mol/L, donc pH = 2. L'eau pure, à 25 °C, a une concentration en ions oxonium de 1,0 × 10⁻⁷ mol/L, d'où son pH neutre de 7. On mesure le pH avec un pH-mètre, plus précis que le papier indicateur.
Cette notion est au cœur du chapitre sur les réactions acide-base, vu en Première puis approfondi en Terminale avec les constantes d'acidité et le couple acide/base. Elle dépasse le cadre du laboratoire : le pH du sang humain est maintenu autour de 7,4, et un écart même faible perturbe le fonctionnement de l'organisme. En agriculture, le pH du sol conditionne les cultures ; en cuisine, l'acidité du citron ou du vinaigre agit sur la conservation. Retiens enfin que, du fait de l'échelle logarithmique, un écart d'une seule unité traduit un facteur dix sur la concentration.
Ne pas confondre
- Concentration en ions oxonium : [H₃O⁺] est la grandeur physique, en mol/L. Le pH n'en est que la traduction logarithmique, plus pratique pour manipuler de très petits nombres.
- pKa : Le pKa caractérise un couple acide/base et ne dépend pas de la concentration. Le pH, lui, décrit l'état d'une solution donnée : quand pH = pKa, l'acide et sa base conjuguée sont à concentrations égales.
- Acide fort / acide faible : La force d'un acide dit s'il réagit totalement avec l'eau. L'acidité d'une solution, mesurée par le pH, dépend aussi de la concentration en acide apportée.
Dans ta copie
Pour comparer ces deux boissons, je compare leur pH. Le jus de pomme a un pH de 3,5 et la boisson gazeuse un pH de 3,0 ; les deux sont donc acides, puisque leur pH est inférieur à 7. Comme [H₃O⁺] = 10^(−pH), la concentration en ions oxonium de la boisson gazeuse est 10^(−3,0) = 1,0 × 10⁻³ mol/L, contre environ 3,2 × 10⁻⁴ mol/L pour le jus de pomme. L'écart de 0,5 unité de pH suffit donc à multiplier la concentration par plus de trois. Je conclus que la boisson gazeuse est la plus acide des deux.
À retenir
- Le pH se calcule par pH = −log[H₃O⁺] et se retrouve par [H₃O⁺] = 10^(−pH).
- À 25 °C, pH < 7 : acide ; pH = 7 : neutre ; pH > 7 : basique.
- Une unité de pH d'écart correspond à un facteur 10 sur [H₃O⁺].
- Un pH se mesure avec un pH-mètre ; le papier indicateur ne donne qu'une valeur approchée.
Teste-toi
Physique-chimie · question corrigée
Si le pH d'une solution passe de 4 à 3, la concentration en ions oxonium est :
Voir la réponse
Réponse B. pH = −log[H3O+] : une baisse de 1 unité correspond à une concentration 10 fois plus grande.
Physique-chimie · question corrigée
À 25 °C, une solution a un pH égal à 11,0. Quelle est sa concentration en ions oxonium ?
Voir la réponse
Réponse D. On applique [H₃O⁺] = 10^(−pH) = 10⁻¹¹ mol/L. Le pH est supérieur à 7 : la solution est basique, donc très pauvre en ions oxonium.
Questions fréquentes
Pourquoi utilise-t-on une échelle logarithmique ?
Parce que les concentrations en ions oxonium varient sur un domaine immense, de 1 mol/L à 10⁻¹⁴ mol/L. Le logarithme ramène ces valeurs à des nombres simples, généralement entre 0 et 14.
Le pH peut-il être négatif ou supérieur à 14 ?
Oui, dans des solutions très concentrées : un acide à 10 mol/L peut avoir un pH négatif. En classe, on travaille surtout avec des solutions diluées, pour lesquelles le pH reste entre 0 et 14.
Notions liées
Pour réviser tout le chapitre, va sur la page Physique-chimie, ou retrouve toutes les définitions dans le lexique du bac. Dans l'application, les quiz reprennent ces notions sur le programme de ta série.