Concept et détermination du pH et du pOH

Le pH représente le potentiel ionique de l'hydrogène et le pOH est le potentiel ionique hydroxy des solutions.

Ce sont des échelles logarithmiques utilisées pour mesurer le caractère acide et basique d'un échantillon.

Les valeurs qui les composent vont de 0 à 14 et ont été obtenues à partir du bilan ionique de l'eau.

Une solution neutre a un pH de 7. Les valeurs inférieures à 7 classent les solutions comme acides, tandis qu'après 7 les solutions sont basiques.

Avec la valeur du pH, il est possible de trouver celle qui correspond sur l'échelle pOH, juste en faisant une soustraction.

Bilan hydrique ionique

Une molécule d'eau a la capacité de s'ioniser selon l'équation :

droit H avec 2 indice droit O avec parenthèse gauche droit 1 parenthèse droite espace indice fin de l'indice harpon droit sur harpon gauche espace droit H avec parenthèse aq gauche parenthèse droite indice fin de l'indice avec plus d'espace en exposant plus d'espace OH avec parenthèse gauche aq parenthèse droite indice fin de l'indice avec moins enveloppe

Ici, nous avons un équilibre ionique, car le processus est réversible et les ions peuvent également se réunir et former à nouveau une molécule d'eau.

Une autre façon de démontrer l'équilibre qui se produit est à travers le auto-ionisation.

ligne de tableau avec caractères gras H gras moins gras O rangée avec vierge vierge vierge vierge rangée avec vierge vierge vierge vierge vierge fin du tableau espace table ligne avec cellule avec espace plus d'espace fin de cellule ligne avec ligne vide avec vide fin de table table ligne en gras H gras moins gras O gras ligne H moins audacieuse avec une ligne vierge vierge vierge vierge vierge vierge vierge vierge vierge vierge fin de la ligne de tableau avec une cellule avec espace harpon espace à droite à propos du harpon espace gauche espace espace fin de la cellule ligne avec blanc fin de l'espace table crochets ouverts ligne du tableau avec cellule avec tableau ligne avec gras H gras moins gras Moins gras H fin du tableau fin de la ligne de la cellule flèche vers le bas ligne gras H fin du tableau ferme les crochets espace du tableau ligne avec plus de ligne avec ligne vide avec fin de tableau ligne de tableau avec cellule en gras OH à la puissance de gras moins fin de cellule ligne avec vide ligne avec vide bout de tableau

Une molécule d'eau a généré des ions hydronium (H₃O⁺) et hydroxyle (OH^-) par la rupture d'une seconde molécule.

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2 droites H avec 2 droites O indice avec parenthèse gauche droite 1 parenthèse droite espace indice fin du harpon indice à droite à propos du harpon gauche droite espace H avec 3 indice droit O avec parenthèse gauche aq parenthèse droite indice fin de l'indice avec plus d'espace en exposant plus d'espace OH avec parenthèse gauche aq parenthèse droite indice fin de l'indice avec moins d'exposant

Produit ionique de l'eau (K_w)

La constante du bilan ionique de l'eau est :

$K droit avec c droit en indice un espace égal à l'espace du numérateur crochet gauche H droit avec 3 indice carré O à la puissance plus l'espace crochet droit. espace crochet gauche OH à la puissance moins crochet droit espace sur dénominateur crochet gauche H avec 2 indice carré Le crochet droit carré fin de l'espace de fraction$

L'eau étant un liquide pur, sa concentration est considérée comme 1 et n'interfère pas avec la valeur constante. L'expression devient donc :

K droit avec un espace en indice c droit. espace crochet gauche H avec 2 indice droit Le crochet droit au carré égal le crochet gauche H avec 3 indice carré O à la puissance plus crochet droit espace. espace crochet gauche OH à la puissance moins crochet droit espace carré espace K avec c droit en indice espace. l'espace 1 au carré est égal au crochet gauche H avec 3 indice carré O à la puissance plus l'espace crochet droit. espace crochet gauche OH à la puissance moins crochet droit espace carré espace K avec c droit espace en indice égal au crochet gauche H avec 3 indice droit O à la puissance plus crochet bon espace. espace crochet gauche OH à la puissance moins crochet droit espace espace

O produit ionique de L'eau é crochet gauche H avec 3 indice carré O à la puissance plus l'espace crochet droit. crochet gauche espace OH à la puissance moins crochet droit .

Cette expression reçoit le symbole K_w (W vient du mot anglais water - l'eau) et comme la constante d'équilibre, elle varie avec la température.

droit K avec un espace d'indice w droit égal à la parenthèse gauche H droit avec 3 indice droit O à la puissance plus l'espace de parenthèse droite. crochet gauche espace OH à la puissance moins crochet droit

kW et température — Source: K. W. Whitten et al. Chimie générale. 6. éd. Orlando, Saunders, 2000. P. 755.

Détermination du pH et du pOH

A une température de 25°C, le produit ionique de l'eau est :

droit K avec droit w indice espace égal à espace parenthèse gauche droit droit H avec 3 indice droit O à la puissance plus parenthèse droite espace. espace crochet gauche OH à la puissance moins crochet droit espace est égal à espace 1 virgule 0 espace. espace 10 puissance moins 14 fin de l'exponentiel

Dans l'ionisation de l'eau pure, 1 mol de H₃O⁺ est formé avec 1 mol de OH^- .

Bientôt, crochet gauche H avec 3 indice carré O à la puissance plus crochet droit espace égal à espace crochet gauche OH à la puissance moins crochet droit espace est égal à 1 virgule 0 espace. espace 10 à la puissance moins 7 extrémité de l'espace mol exponentiel divisé par la droite L

Ces valeurs étant extrêmement faibles, il a été décidé d'utiliser les valeurs des cologarithmes, qui correspondent au logarithme avec un signe interverti.

$pX est égal à collog espace droit X espace est égal à l'espace moins log espace espace droit X est égal au numérateur 1 sur dénominateur log espace droit X fin de fraction$

En appliquant le cologarithme au produit ionique de l'eau, il faut :

ligne du tableau avec cellule avec - log [ H droit à la puissance de plus de parenthèses espace droit droit dans le cadre de la case cadre fermé fin de la cellule cellule vide avec moins d'espace bûche espace crochet gauche OH à la puissance du moins crochet droit espace dans le cadre de la boîte cadre fin de la cellule égal à cellule avec moins d'espace log espace droit K avec indice w droit fin de cellule rangée avec pH plus cellule avec pOH espace fin de cellule égal à 14 fin de tableau

Nous pouvons observer que: si nous connaissons le pH d'une solution, la valeur de pOH peut être trouvée en soustrayant la première valeur de 14.

Acidité et basicité des solutions

Solution neutre: la concentration des ions hydronium est égale à celle des hydroxyles.

[H₃O⁺] = 1,0. 10^-7 mol/L	pH = 7
[Oh^-] = 1,0. 10^-7 mol/L	pOH = 7

Exemple: eau pure.

solution acide: la concentration des ions hydronium est supérieure à celle des hydroxyles.

[H₃O⁺] 1,0. 10^-7 mol/L	pH 7
[Oh^-] 1,0. 10^-7 mol/L	pOH 7

Exemple: soda, citron et tomate.

Solution basique: la concentration des hydroxyles est supérieure à celle des ions hydronium.

[H₃O⁺] 1,0. 10^-7 mol/L	pH 7
[Oh^-] 1,0. 10^-7 mol/L	pOH 7

Exemple: œuf, savon et eau de javel.

Calcul du pH

Le concept de potentiel hydrogéné a été créé par le chimiste danois Peter Lauritz Sorensen (1868-1939) pour exprimer l'acidité d'une solution par la concentration de H⁺.

Voir le tableau ci-dessous démontrant l'ionisation d'un acide:


Molarité initiale	0,020	0	0
ionisation	0,001	0,001	0,001
Molarité en équilibre	0,019	0,001	0,001

Dans l'exemple, nous avons que la concentration des ions H⁺ é 0,001. Le pH de la solution est donc :

[H⁺] = 0,001 = 10^-3

pH = - log10^-3 = 3

Le pH de la solution étant inférieur à 7, cette solution est acide.

Résumé sur le pH et le pOH

Définitions	pH: potentiel ionique hydrogène de la solution.
pOH: potentiel hydroxylionique de la solution.
formule générale	pH + pOH = 14
Solutions	Neutre	pH = pOH = 7
acide	pH pOH > 7
bases	pOH pH > 7
Calcul du pH	pH = - log [H⁺]
Calcul du pOH	pOH = -log[OH^-]

Exercices sur le pH et le pOH

1. (FMTM) Le pH du suc gastrique, une solution aqueuse d'acide chlorhydrique (HCℓ), est d'environ 2. Par conséquent, la masse, en grammes, de HCℓ existant dans chaque litre de suc gastrique, est

Données: Masses molaires (g/mol) H = 1, Cℓ = 35,5

a) 7,3 · 10^-2
b) 3,65 · 10^-1
c) 10^-2
d) 2
e) 10

Voir la réponse

Alternative correcte: b) 3,65 · 10^-1.

1ère étape: calculer la concentration en ions H⁺.

pH espace égal à l'espace 2 double flèche à droite parenthèse gauche carré droit H à la puissance plus crochet droit espace égal à l'espace 10 à moins 2 puissance extrémité de l'espace mol exponentiel divisé par droit L

espace espace HCl espace espace espace espace espace flèche droite espace espace espace espace droit H à la puissance de plus d'espace espace espace fin de l'espace exponentiel plus espace espace espace Cl à la puissance moins 10 à la puissance moins 2 extrémité de l'exponentielle droite M espace espace espace espace espace espace espace espace 10 à moins 2 extrémité de la droite exponentielle M espace espace espace 10 à moins 2 extrémité de la droite exponentielle M

2ème étape: calculer la masse molaire de HCl.

attributs de pile charalign center stackalign right end attributs ligne 1 virgule 0 rien parenthèse gauche droite H parenthèse droite fin de ligne ligne plus 35 virgule 5 rien parenthèse gauche Cl parenthèse droite fin de ligne ligne horizontale ligne 36 virgule 5 rien parenthèse gauche HCl parenthèse droite fin de ligne fin empiler

3ème étape: calculer la masse d'acide chlorhydrique dans chaque litre de suc gastrique.

$droit C avec m droit indice espace égal à l'espace numérateur droit m sur dénominateur droit M espace. espace rectiligne V extrémité de la fraction 10 à la puissance moins 2 extrémité de l'espace mol exponentiel divisé par la droite L espace égal à l'espace numérateur droit m sur le dénominateur 36 virgule 5 espace droit g divisé par mol espace. espace 1 droite L extrémité de la fraction droite m espace égal à l'espace 10 à la puissance moins 2 extrémité de l'espace strié horizontal exponentiel sur mol divisé par la droite L extrémité de l'espace strié. espace 36 virgule 5 espace droit g divisé par barré horizontal sur l'extrémité mol de l'espace barré. espace 1 ligne horizontale droite L droite m espace égal à l'espace 3 virgule 65 espace. espace 10 à la puissance moins 1 extrémité de l'exponentielle droite g$

2. (UEMG) Plusieurs produits de nettoyage ont de l'ammoniac dans leur constitution. L'étiquette de l'un de ces produits indique pH = 11. Cela signifie que la concentration de cations hydroxons et d'anions hydroxyles dans ce produit est respectivement :

à 1. 10^-3 et 1. 10^-11
b) 1. 10^-11 et 1. 10^-7
c) 1. 10^-11 et 1. 10^-3
d) 1. 10^-11 et 1. 10^-11

Voir la réponse

Alternative correcte: c) 1. 10^-11 et 1. 10^-3.

Un tort. Ces concentrations correspondent à une solution de pH = 3.

crochet gauche H à la puissance plus crochet droit espace est égal à l'espace 1,10 à la puissance moins 3 fin de l'exponentielle pH espace est égal à l'espace moins espace espace journal crochet gauche H à la puissance plus crochet droit espace pH est égal à espace moins espace espace journal 1,10 à la puissance moins 3 fin de l'espace exponentiel pH est égal à espace 3

crochet gauche OH à la puissance moins crochet droit espace est égal à l'espace 1,10 à la puissance moins 11 fin de l'exponentiel pOH espace est égal à l'espace moins espace espace journal crochet gauche OH à la puissance moins crochet droit l'espace pOH est égal à l'espace moins l'espace l'espace du journal 1,10 à la puissance moins 11 fin de l'exponentiel pOH l'espace est égal à l'espace 11

b) FAUX. Bien que la concentration de H⁺ indiquent que le pH de la solution est de 11, la concentration en ions OH^-est faux, comme il devrait être 3, puisque: pOH = 14 - pH.

crochet gauche H à la puissance plus crochet droit espace est égal à l'espace 1,10 à la puissance moins 11 fin de l'exponentielle pH espace est égal à l'espace moins espace espace journal crochet gauche H à la puissance plus crochet droit espace pH est égal à espace moins espace espace journal 1,10 à la puissance moins 11 fin de l'exponentielle pH espace est égal à espace 11

crochet gauche OH à la puissance moins crochet droit espace est égal à l'espace 1,10 à la puissance moins 7 fin de l'exponentiel pOH espace est égal à l'espace moins espace espace journal crochet gauche OH à la puissance moins crochet droit espace pOH est égal à espace moins espace espace journal 1,10 à la puissance moins 7 fin de l'espace exponentiel pOH est égal espace 7

c) CORRECT. pH = 11 et pOH = 3, puisque pH + pOH = 14.

crochet gauche OH à la puissance moins crochet droit espace est égal à l'espace 1,10 à la puissance moins 3 fin de l'exponentiel pOH espace est égal à l'espace moins espace espace journal crochet gauche OH à la puissance moins crochet droit espace pOH est égal à espace moins espace espace journal 1,10 à la puissance moins 3 extrémités de l'espace pOH exponentiel est égal espace 3

d) FAUX. Bien que la concentration de H⁺ indiquent que le pH de la solution est de 11, la concentration en ions OH^-est faux, comme il devrait être 3, puisque: pOH = 14 - pH.

3. (UFRGS) Laquelle des solutions aqueuses suivantes a le pH le plus élevé ?

a) 0,1 mol/L de NaOH
b) NaCl 0,5 mol/L
c) H₂SEUL₄ 1,0 mol/L
d) 1,0 mol/L HCl
e) 0,2 mol/L de KOH

Voir la réponse

Alternative correcte: e) KOH 0,2 mol/L.

Un tort. La solution est basique car son pH est supérieur à 7, mais elle n'a pas le pH plus élevé des alternatives.