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pH = – log [H 3 O + ]
Pour un acide fort, tel que l’acide chlorhydrique (HCl), avec une molarité de 0,02 M ou mol/L, la concentration en ions hydronium sera la même que celle de l’acide, puisqu’il est entièrement ionisé, comme le montre ce qui suit équation.
HCl -> H 3 O + + Cl –
Par conséquent, le pH peut être calculé :
pH = – log [H 3 O + ] = – log [0,02] = 1,69
Pour un acide faible, comme l’acide acétique (CH 3 COOH) et la plupart des acides organiques, la concentration de l’acide ne correspond pas à celle des ions hydronium car l’acide est partiellement dissocié, ce qui donne un équilibre. Par conséquent, il est nécessaire de connaître à la fois la concentration de l’acide et le degré de dissociation pour connaître le pH de la solution.
Ainsi, par exemple, pour un acide faible, tel que l’acétique, de concentration 0,02 M et de degré de dissociation 5 %, la concentration en ions hydronium, et donc le pH, peut être calculé comme suit :
pH = – log [H 3 O + ] = – log [ C alpha ] = – log (0,02 (5/100)) = 3
Calcul de la concentration en ions hydronium à partir du pH
La concentration en ions hydronium peut être calculée à partir du pH en faisant l’opération mathématique inverse à celle utilisée pour calculer le pH :
pH = – log [H 3 O + ]
[H 3 O + ] = 10 –pH
C’est pourquoi, pour un pH = 6,3 ; la concentration en ions hydronium serait:
6.3 = – log [H 3 O + ]
– 6,3 = log [H 3 O + ]
[H 3 O + ] = 10 – 6,3 = 5 011,10 -7
Calcul du pOH
Pour connaître le pOH , c’est-à-dire le degré de basicité d’une solution aqueuse , il est nécessaire de connaître la concentration des ions hydroxydes dans une solution de base forte, ou la concentration d’une base faible ainsi que son degré de dissociation. En suivant à titre d’exemple ce qui a été fait avec la concentration des anions hydronium, pour une base forte telle que l’hydroxyde de sodium (NaOH) avec une concentration de 0,02 M on peut dire que :
pOH = – log [OH – ]
pOH = –log [0,02] = 1,69
Le rapport du pOH au pH est égal à :
pH + pH = 14
pH + 1,69 = 14
pH = 14 – 1,69 = 12,21
Il est également possible de calculer la concentration en ion hydroxyde à partir d’une valeur de pOH, ainsi par exemple pour une valeur de pOH de 2,56 :
2,56 = – log [OH – ]
– 2,56 = log [OH – ]
[OH- ] = 10 -2,56 = 2,75.10 -3 M
Exemples pratiques
Exemple 1 . Calculer le pH d’une solution dont la concentration en anions hydronium est [H 3 O + ] = 1,4.10 -5 M.
Solution
pH = -log [H 3 O + ]
pH = -log [1.4.10 -5 ]
pH = 4,85
Exemple 2 . Calculer la concentration de [H 3 O + ] à partir d’un pH de 8,5.
Solution
[H 3 O + ] = 10 -pH
[H 3 O + ] = 10 -8,5
[H 3 O + ] = 3.2.10 -9 M
Exemple 3 . Calculez le pH d’une solution, si la concentration de H 3 O + est de 0,0001 mole par litre.
Solution
pH = –log(0,0001) = 4
Exemple 4 . Trouver le pH d’une solution 0,03 M d’acide chlorhydrique, HCl.
L’acide chlorhydrique est un acide fort qui se dissocie selon un rapport molaire de 1:1 en ions hydronium et en anions chlorure. Par conséquent, la concentration en ions hydronium est exactement la même que la concentration de la solution acide.
Répondre
[H 3 O + ] = 0,03 M
pH = – log (0,03)
pH = 1,5
Lorsque vous effectuez des calculs pour calculer le pH, vous devez toujours vérifier que vos réponses ont du sens. Un acide doit avoir un pH bien inférieur à 7 (généralement 1-3), tandis qu’une base a un pH élevé (généralement autour de 11-13). Bien qu’en théorie, il soit possible de calculer un pH négatif, en pratique, les valeurs de pH doivent être comprises entre 0 et 14. Cela signifie qu’un pH supérieur à 14 indique qu’un certain type d’erreur doit s’être produit.
Sources
- Calcul de_pH et pOH. (2021). Extrait le 17 mars 2021, de https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Equilibrium/Calculator_pHandpOH.htm
