Sciences · Chimie
Acides, bases et pH
Le pH mesure l’acidité d’une solution aqueuse : moins de 7, elle est acide ; 7, neutre ; plus de 7, basique. Un acide libère des ions H⁺, une base les capte.
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Le citron, le vinaigre et le soda sont acides ; le savon, l’eau de Javel et le bicarbonate sont basiques ; l’eau pure est neutre. Ces propriétés, connues depuis l’Antiquité par le goût (aigre pour les acides, amer et savonneux pour les bases), s’expliquent par un échange de protons (ions H⁺) entre molécules. Le pH permet de les mesurer avec précision.
L’échelle du pH
À 25 °C, le pH d’une solution aqueuse se situe le plus souvent entre 0 et 14.
| pH | Caractère | Exemples |
|---|---|---|
| 0 – 1 | Très acide | Acide chlorhydrique concentré, acide de batterie |
| 1,5 – 3,5 | Acide | Suc gastrique (1,5 à 3,5), jus de citron (≈ 2) |
| 2,5 – 3 | Acide | Vinaigre (≈ 2,5 à 3), sodas au cola (≈ 2,5) |
| 4 – 5 | Faiblement acide | Café (≈ 5), bière, tomate |
| 5,6 | Faiblement acide | Pluie « normale » (CO₂ dissous) |
| 6,5 – 7 | Quasi neutre | Lait (≈ 6,7), salive |
| 7 | Neutre | Eau pure à 25 °C |
| 7,35 – 7,45 | Faiblement basique | Sang humain |
| ≈ 8,1 | Faiblement basique | Eau de mer |
| 8 – 9 | Basique | Bicarbonate de soude en solution |
| 10 – 11 | Basique | Lait de magnésie, savon |
| 11 – 12 | Très basique | Ammoniaque ménagère |
| 12 – 13 | Très basique | Eau de Javel |
| 13 – 14 | Extrêmement basique | Soude caustique (déboucheur) |
La formule du pH
pH = −log [H₃O⁺]
où [H₃O⁺] est la concentration en ions oxonium, en mol/L (voir la mole). Inversement : [H₃O⁺] = 10⁻ᵖᴴ.
L’échelle est logarithmique : quand le pH baisse d’une unité, la concentration en H₃O⁺ est multipliée par 10.
Pourquoi 7 pour la neutralité ?
L’eau se dissocie très légèrement en ions : 2 H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻. À 25 °C, le produit des concentrations est constant : [H₃O⁺] × [OH⁻] = 10⁻¹⁴ (produit ionique de l’eau, Ke). Dans l’eau pure, les deux concentrations sont égales, soit 10⁻⁷ mol/L : pH = 7. À 37 °C, la neutralité correspond à un pH d’environ 6,8.
Acides et bases forts ou faibles
| Fort | Faible | |
|---|---|---|
| Comportement dans l’eau | Réagit totalement | Réagit partiellement (équilibre) |
| Acides | Chlorhydrique HCl, sulfurique H₂SO₄, nitrique HNO₃ | Acétique (vinaigre), citrique, carbonique |
| Bases | Soude NaOH, potasse KOH | Ammoniac NH₃, ion hydrogénocarbonate HCO₃⁻ |
La force d’un acide faible se mesure par sa constante d’acidité Ka, ou par pKa = −log Ka : plus le pKa est petit, plus l’acide est fort. L’acide acétique a un pKa de 4,76.
Fort ne veut pas dire concentré : une solution très diluée d’acide chlorhydrique peut être moins acide qu’un vinaigre concentré.
Couples acide/base
Un acide qui cède un proton devient sa base conjuguée ; on parle de couple acide/base :
| Acide | Base conjuguée |
|---|---|
| H₃O⁺ (ion oxonium) | H₂O |
| H₂O | OH⁻ (ion hydroxyde) |
| CH₃COOH (acide acétique) | CH₃COO⁻ (ion acétate) |
| NH₄⁺ (ion ammonium) | NH₃ (ammoniac) |
| H₂CO₃ (acide carbonique) | HCO₃⁻ (ion hydrogénocarbonate) |
L’eau est amphotère : elle peut jouer le rôle d’acide ou de base.
La neutralisation
Un acide et une base réagissent ensemble pour former de l’eau et un sel :
acide + base → sel + eau
Un dosage (titrage) acide-base consiste à ajouter progressivement une solution de concentration connue pour déterminer la concentration inconnue d’une autre, en repérant l'équivalence (saut de pH).
Mesurer le pH
- Papier pH ou papier indicateur universel : change de couleur selon le pH, précision d’environ une unité.
- Indicateurs colorés : molécules dont la couleur change dans une zone de pH précise.
- pH-mètre : électrode qui mesure une tension proportionnelle au pH, précision au centième.
| Indicateur | Zone de virage | Couleur acide → basique |
|---|---|---|
| Hélianthine | 3,1 – 4,4 | Rouge → jaune |
| Bleu de bromothymol (BBT) | 6,0 – 7,6 | Jaune → bleu (vert vers 7) |
| Phénolphtaléine | 8,2 – 10 | Incolore → rose |
| Jus de chou rouge | large | Rouge (acide) → violet → vert-jaune (basique) |
Le pH dans la vie courante
- Corps humain : le sang est maintenu entre 7,35 et 7,45 grâce au tampon bicarbonate ; un écart important met la vie en danger. L’estomac, très acide, digère les protéines et tue de nombreux microbes.
- Environnement : les pluies acides (pH < 5) dues aux oxydes de soufre et d’azote ont dégradé forêts et lacs. L’océan absorbe une partie du CO₂ émis par l’homme ; son pH de surface est passé d’environ 8,2 à 8,1 depuis l’ère préindustrielle (acidification des océans, liée au réchauffement climatique).
- Jardinage : chaque plante préfère un sol plus ou moins acide (les hortensias sont bleus en sol acide, roses en sol calcaire).
- Hygiène : la peau a un pH légèrement acide, autour de 5.
Questions fréquentes
Que signifie pH ?
« Potentiel hydrogène ». La notion a été introduite en 1909 par le chimiste danois Søren Sørensen, au laboratoire Carlsberg, pour contrôler la fabrication de la bière.
Un pH peut-il être négatif ou supérieur à 14 ?
Oui, pour des solutions très concentrées d’acide fort (pH négatif) ou de base forte (pH supérieur à 14). L’échelle 0-14 correspond aux solutions courantes à 25 °C.
Pourquoi le pH de l’eau du robinet n’est-il pas exactement 7 ?
Elle contient des sels minéraux et du CO₂ dissous. En France, la réglementation impose un pH compris entre 6,5 et 9 pour l’eau potable.
Quelle est la différence entre une base et un alcalin ?
Une solution « alcaline » est une solution basique (pH > 7). Le terme vient des métaux alcalins (sodium, potassium), dont les hydroxydes forment des bases fortes.