Effets de la Concentration sur le pH

1. Calcul du pH de chaque solution

Nous allons calculer le pH de trois solutions d’acide chlorhydrique (HCl) de concentrations différentes

• Acide fort : \(\mathrm{HCl}\) se dissocie entièrement en ions \(\mathrm{H}^+\) et \(\mathrm{Cl}^-\) lorsqu’il est en solution.
• Concentration molaire : indique le nombre de moles de soluté par litre de solution. Exemple : \(\mathrm{M} = \mathrm{\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{L}}}\).
• Relation \([\mathrm{H}^+]\) – concentration : pour un acide fort dissocié complètement, la concentration des ions \(\mathrm{H}^+\) est égale à la concentration initiale de l’acide.
• Définition du pH : \[\mathrm{pH} = -\log_{10}\bigl([\mathrm{H}^+]\bigr)\]

  Cette formule convertit la concentration des ions \(\mathrm{H}^+\) en une échelle plus commode pour décrire l’acidité.

  1.1 Solution à \(0{,}10\ \mathrm{M}\)

  Une concentration de \(0{,}10\ \mathrm{M}\) signifie qu’il y a \(0{,}10\) mole de \(\mathrm{HCl}\) dissoute dans \(1\ \mathrm{L}\) de solution. Comme \(\mathrm{HCl}\) est un acide fort, chaque molécule libère un ion \(\mathrm{H}^+\).

  Formule :

  \[\mathrm{pH} = -\log_{10}\bigl([\mathrm{H}^+]\bigr)\]

  Donnée :

  \([\mathrm{H}^+] = 0{,}10\ \mathrm{\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{L}}}\)

Calcul

\[\mathrm{pH} = -\log_{10}(0{,}10)\]

Le logarithme décimal de \(0{,}10\) est \(-1\) car \(10^{-1} = 0{,}10\). Donc :

\[-\log_{10}(0{,}10) = -(-1) = 1\]

Résultat :

\[\mathrm{pH} = 1{,00}\]

1.2 Solution à \(0{,}010\ \mathrm{M}\)

Ici, \(0{,}010\ \mathrm{M}\) signifie \(0{,}010\) mole de HCl par litre. Dissociation complète :

Formule :

\[\mathrm{pH} = -\log_{10}\bigl([\mathrm{H}^+]\bigr)\]

Données :

\([\mathrm{H}^+] = 0{,}010\ \mathrm{\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{L}}}\)

Calcul

\[\mathrm{pH} = -\log_{10}(0{,}010)\]

Le logarithme décimal de \(0{,}010\) est \(-2\) car \(10^{-2} = 0{,}010\). Donc :

\[-\log_{10}(0{,}010) = -(-2) = 2\]

Résultat :

\[\mathrm{pH} = 2{,00}\]

1.3 Solution à \(0{,}0010\ \mathrm{M}\)

Concentration de \(0{,}0010\ \mathrm{M}\) signifie \(0{,}0010\) mole de \(\mathrm{HCl}\) par litre. Dissociation complète :

Formule :

\[\mathrm{pH} = -\log_{10}\bigl([\mathrm{H}^+]\bigr)\]

Donnée :

\([\mathrm{H}^+] = 0{,}0010\ \mathrm{\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{L}}}\)

Calcul

\[\mathrm{pH} = -\log_{10}(0{,}0010)\]

Le logarithme décimal de \(0{,}0010\) est \(-3\) car \(10^{-3} = 0{,}0010\). Donc :

\[-\log_{10}(0{,}0010) = -(-3) = 3\]

Résultat :

\[\mathrm{pH} = 3{,00}\]

2. Discussion

Le pH est une échelle logarithmique : chaque variation de 1 unité de pH correspond à un changement d’un facteur 10 de la concentration en ions \(\mathrm{H}^+\).

Plus \([\mathrm{H}^+]\) est élevé, plus la solution est acide et plus le pH est faible.

Si on divise la concentration de HCl par 10, le pH augmente de 1 unité.

Exemples :

1. De \(0{,}10\ \mathrm{M}\) (\(\mathrm{pH}\;1{,}00\)) à \(0{,}010\ \mathrm{M}\) (\(\mathrm{pH}\;2{,}00\)), la solution est 10 fois moins acide.
2. De \(0{,}010\ \mathrm{M}\) (\(\mathrm{pH}\;2{,}00\)) à \(0{,}0010\ \mathrm{M}\) (\(\mathrm{pH}\;3{,}00\)), la solution est encore 10 fois moins acide.

Ces relations sont essentielles pour prévoir et contrôler le pH lors des expériences en laboratoire, que ce soit en chimie analytique ou dans un contexte industriel.