pH d’une solution aqueuse – autoprotolyse de l’eau – produit ionique – indicateurs colorés

I. Définition du pH et calcul

Le pH mesure l’acidité ou la basicité d’une solution aqueuse. Il est défini comme le logarithme négatif de la concentration en ions hydronium (\( H_3O^+ \)) dans la solution : \[ pH = -\log[H_3O^+] \] Le pH varie sur une échelle de 0 à 14, où :

• Un pH de 7 indique une solution neutre.
• Un pH inférieur à 7 indique une solution acide.
• Un pH supérieur à 7 indique une solution basique.

II. Autoprotolyse de l’eau

L’eau pure subit une dissociation partielle en ions hydronium et hydroxydes selon l’équation : \[ 2H_2O \rightleftharpoons H_3O^+ + OH^- \] Ce processus est appelé autoprotolyse de l’eau. À 25°C, la constante de dissociation de l’eau (\( K_w \)) est : \[ K_w = [H_3O^+][OH^-] \]

III. Produit ionique de l’eau

Le produit ionique de l’eau est la constante de dissociation de l’eau à l’équilibre : \[ K_w = 1.0 \times 10^{-14} \, \text{(à 25°C)} \] Cela signifie que dans l’eau pure, les concentrations en ions \( H_3O^+ \) et \( OH^- \) sont égales à \( 1.0 \times 10^{-7} \, \text{M} \).

IV. Indicateurs colorés et échelles de pH

Les indicateurs colorés sont des substances qui changent de couleur en fonction du pH de la solution. Par exemple, le papier tournesol est rouge dans une solution acide et bleu dans une solution basique. Le choix de l’indicateur dépend de la plage de pH que l’on souhaite observer.

V. Applications pratiques du pH

Le pH est une mesure essentielle dans de nombreuses applications quotidiennes, comme la surveillance de la qualité de l’eau, le contrôle de la neutralité des sols agricoles, et l’ajustement de l’acidité dans les processus industriels comme la fabrication des cosmétiques et des produits alimentaires.