pH signifie hydrogène potentiel, le « p » signifiant potentiel et le « H » représentant l’hydrogène. L’échelle de pH est une échelle qui est utilisée pour classer la basicité ou l’acidité relative des substances par rapport à d’autres substances, en fonction de la quantité d’activité des ions hydrogène dans une substance.

L’échelle est de nature logarithmique, ce qui signifie que chaque valeur entière de pH représente un changement de 10 fois la valeur précédente. L’échelle de pH est basée autour de pH 7, qui est neutre et représente les substances qui ne sont ni un acide ni une base.

Les bases de l’échelle de pH

Même si vous n’êtes pas intimement familier avec les concepts d’acides et de bases, vous y êtes certainement exposé. Les substances basiques sont des choses comme le bicarbonate de soude, tandis que les substances acides sont des choses comme le jus d’orange et le soda. Les substances sont classées comme bases ou acides en fonction de la concentration d’ions hydrogène qu’elles contiennent. Le H de pH représente le niveau d’activité des ions hydrogène dans une solution donnée. Il est donc possible de définir les solutions acides et basiques de cette façon :

Une solution acide est une solution dont le niveau d’ions hydrogène est supérieur à la quantité trouvée dans l’eau pure (qui est au sept neutre). Une solution basique, en revanche, a une concentration en ions hydrogène inférieure à celle de l’eau.

Puisque l’eau pure fonctionne comme le point neutre sur l’échelle du pH, examinons les propriétés de l’eau et plaçons-les dans le contexte des ions hydrogène. L’ionisation de l’eau fait référence à la façon dont un petit pourcentage des molécules d’eau dans une quantité donnée d’eau génère spontanément des ions hydrogène lorsqu’elles se dissocient, ou se divisent en particules plus petites. On parle parfois d’auto-ionisation. Le processus d’auto-ionisation produit un nombre égal d’ions hydroxyde (OH-) et d’ions hydrogène (H+). Notez que les ions hydrogène se lient généralement directement avec une molécule d’eau voisine pour former de l’hydronium (H3O+). Cela signifie qu’il n’y a pas réellement un tas d’ions hydrogène flottant dans l’eau. Cependant, les scientifiques utilisent toujours l’ionisation de l’eau et les ions hydrogène qu’elle produit pour créer une échelle permettant de comparer les niveaux d’hydrogène dans d’autres solutions. Les ions hydroxyde ne font généralement que flotter dans la solution, contrairement aux ions hydrogène.

En termes de nombre d’ions hydrogène produits par autoionisation, la quantité est égale à 1 x 10^-7 M (en supposant qu’il s’agit d’eau pure). La notation fait référence aux moles par litre d’eau. Le nombre de molécules d’eau ionisées est un pourcentage incroyablement faible du nombre total de molécules d’eau trouvées dans n’importe quelle quantité d’eau pure.

Solutions acides et solutions basiques

Maintenant que nous avons établi un point de référence pour la basicité et l’acidité des solutions, nous pouvons discuter de la façon dont les acides et les bases sont définis. Les solutions acides sont les solutions qui ont une concentration en H+ supérieure à celle de l’eau pure, tandis que les solutions basiques sont celles qui ont une concentration en H+ inférieure à celle de l’eau pure. Pour le dire autrement :

Base = concentration de H+ < 1 x 10^-7 M

Acide = concentration de H+ > 1 x 10^-7 M

La concentration d’ions hydrogène dans une solution est généralement donnée en termes de pH, qui est calculé comme le logarithme inverse de la concentration d’ions hydrogène pour cette solution donnée.

pH = -log10

Donc, en mettant la concentration en ions hydrogène de l’eau dans cette formule, on obtiendrait une valeur de 7,0, soit le pH neutre sur l’échelle du pH. Comme vous pouvez le deviner, les substances composées principalement d’eau, comme le cytosol des cellules ou le sang du corps humain, ont des valeurs de pH très proches de la valeur neutre de 7. Les acides et les bases peuvent être ajoutés à une solution aqueuse, ce qui a pour effet d’éloigner la concentration de cette solution du point de pH neutre. Les bases augmentent généralement le niveau de pH par l’introduction d’hydroxyde dans l’environnement, qui recueille les ions hydrogène et les retire de la solution. Pendant ce temps, les substances acides sont celles qui augmentent la concentration en ions hydrogène en se dissociant et en introduisant un de ses atomes d’hydrogène dans la solution.

Plus l’acide est puissant, plus il se dégrade rapidement et libère H+. Un exemple d’acide fort est le HCl, qui, lorsqu’il est combiné à l’eau, se dissocie rapidement et complètement en ions de chlorure et d’hydrogène. En revanche, les acides faibles comme le vinaigre ne se dissocient pas complètement. Une substance de base forte libère des ions d’hydroxyde capables d’absorber H+ lorsqu’elle est dans l’eau, se dégradant complètement comme le fera une substance acide forte. Un exemple de base forte est l’hydroxyde de sodium.

La force de l’échelle de pH

Comme mentionné précédemment, l’échelle de pH permet de classer diverses compositions chimiques en fonction de leur basicité (également appelée alcalinité) et de leur acidité. Sa nature logarithmique signifie que pour chaque augmentation d’une unité de pH qui se produit, il y a une augmentation décuplée des concentrations de H+. Bien que certaines substances puissent se situer en dehors de la plage de pH de 0 à 14, la plupart des solutions se situent à l’intérieur de cette plage et, par conséquent, l’échelle de pH est généralement représentée comme allant de 0 à 14, les substances basiques étant toute valeur supérieure à sept et les substances acides toute valeur inférieure à 7 neutre.

Les substances qui se situent aux extrémités de l’échelle de pH, soit les substances extrêmement basiques ou extrêmement acides, peuvent être tout à fait nocives pour les matières organiques, causant des dommages substantiels aux cellules. Les substances qui se situent aux extrémités de l’échelle du pH, qu’elles soient extrêmement basiques ou extrêmement acides, peuvent être très nocives pour la matière organique, endommageant considérablement les cellules. Le pH de la solution, ainsi que la quantité de solution à laquelle une personne est exposée et la durée de cette exposition, sont autant de facteurs qui déterminent l’ampleur des dommages causés par la substance. Vous avez peut-être remarqué que l’acide gastrique, l’acide de votre estomac, est une substance très acide. Comment votre corps se protège-t-il de cet acide ? Il existe certaines cellules de l’estomac créées spécifiquement pour servir de barrière entre l’acide gastrique et les autres cellules du corps, qui sont constamment créées et sacrifiées.

Exemples

Voici quelques exemples de solutions courantes et les valeurs de pH qu’elles possèdent :

1. Lait – légèrement acide avec une valeur de pH d’environ 6,5.
2. Pluie – légèrement acide avec une valeur de pH d’environ 5,5.
3. Café – légèrement acide avec une valeur de pH d’environ 4.8.
4. Jus de tomate – légèrement acide avec un pH d’environ 3,0
5. Acide de batterie – très acide avec une valeur de pH d’environ 1,0.
6. Sang – légèrement basique avec un ph d’environ 7,3
7. Eau de mer – légèrement basique avec un pH d’environ 8.0.
8. Le bicarbonate de soude – légèrement basique avec un ph d’environ 8.0.
9. Le lait de magnésie – modérément basique avec un ph d’environ 10.6
10. La lessive – fortement basique avec un ph d’environ 13.5

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