Acides, bases et échelle de pH
Que signifie le fait qu’une solution soit acide ou basique (alcaline) ?
Tout est lié aux ions hydrogène (abrégé par le symbole chimique H+). Dans l’eau (H2O), un petit nombre de molécules se dissocient (se séparent). Certaines des molécules d’eau perdent un hydrogène et deviennent des ions hydroxyde (OH-). Les ions hydrogène « perdus » se joignent aux molécules d’eau pour former des ions hydronium (H3O+). Pour simplifier, les ions hydronium sont appelés ions hydrogène H+. Dans l’eau pure, il y a un nombre égal d’ions hydrogène et d’ions hydroxyde. La solution n’est ni acide ni basique.
Un acide est une substance qui donne des ions hydrogène. Pour cette raison, lorsqu’un acide est dissous dans l’eau, l’équilibre entre les ions hydrogène et les ions hydroxyde est déplacé. Il y a maintenant plus d’ions hydrogène que d’ions hydroxyde dans la solution. Ce type de solution est acide.
Une base est une substance qui accepte les ions hydrogène. Lorsqu’une base est dissoute dans l’eau, l’équilibre entre les ions hydrogène et les ions hydroxyde se déplace dans le sens inverse. Parce que la base « absorbe » les ions hydrogène, le résultat est une solution avec plus d’ions hydroxyde que d’ions hydrogène. Ce type de solution est alcalin.
L’acidité et l’alcalinité sont mesurées avec une échelle logarithmique appelée pH. Voici pourquoi : une solution fortement acide peut avoir cent millions de millions, ou cent trillions (100 000 000 000 000) fois plus d’ions hydrogène qu’une solution fortement basique ! Le revers de la médaille, bien sûr, est qu’une solution fortement basique peut contenir 100 000 000 000 000 fois plus d’ions hydroxyde qu’une solution fortement acide. De plus, les concentrations en ions hydrogène et en ions hydroxyde dans les solutions de tous les jours peuvent varier sur toute cette plage.
Pour traiter plus facilement ces grands nombres, les scientifiques utilisent une échelle logarithmique, l’échelle de pH. Chaque variation d’une unité de l’échelle de pH correspond à une variation de dix fois la concentration en ions hydrogène. L’échelle de pH est théoriquement ouverte, mais la plupart des valeurs de pH se situent entre 0 et 14. Il est beaucoup plus facile d’utiliser une échelle logarithmique que de devoir toujours écrire tous ces zéros ! D’ailleurs, vous avez remarqué que cent millions de millions est un un avec quatorze zéros après ? Ce n’est pas une coïncidence, c’est un logarithme !
Pour être plus précis, le pH est le logarithme négatif de la concentration en ions hydrogène :
Les crochets autour de H+ signifient automatiquement « concentration » pour un chimiste. Ce que l’équation signifie, c’est exactement ce que nous avons dit précédemment : pour chaque changement d’une unité de pH, la concentration en ions hydrogène est multipliée par dix. L’eau pure a un pH neutre de 7. Les valeurs de pH inférieures à 7 sont acides, et les valeurs de pH supérieures à 7 sont alcalines (basiques). Le tableau 1 présente des exemples de substances ayant des valeurs de pH différentes (Decelles, 2002 ; Environnement Canada, 2002 ; EPA, date inconnue).
| Valeur pH | Concentration H+ Par rapport à l’eau pure |
Exemple |
| 0 | 10 000 000 | acide de batterie |
| 1 | 1 000 000 | acide gastrique |
| 2 | 100 000 | jus de citron, vinaigre |
| 3 | 10 000 | jus d’orange, soda |
| 4 | 1 000 | jus de tomate, pluie acide |
| 5 | 100 | café noir, bananes |
| 6 | 10 | urine, lait |
| 7 | 1 | eau pure |
| 8 | 0.1 | eau de mer, œufs |
| 9 | 0,01 | bicarbonate de soude |
| 10 | 0.001 | Grand Lac Salé, lait de magnésie |
| 11 | 0.000 1 | solution ammoniacale |
| 12 | 0,000 01 | eau savonneuse |
| 13 | 0.000 001 | eau de javel, nettoyant pour four |
| 14 | 0,000 000 1 | déboucheur liquide |
Tableau 1. L’échelle de pH : Quelques exemples