As-tu déjà réfléchi à la façon dont les grands écosystèmes peuvent avoir des niveaux de pH fluctuants ? Par exemple, comment l'acidification des océans peut-elle se produire à une si grande échelle ? Nous faisons souvent le lien avec notre empreinte carbone et la libération deCO2 dans l'atmosphère. Cela crée en fait de l'acide carbonique avec l'eau, alors lis plus loin pour savoir comment les changements de pH sont régulés dans ces contextes. Mais qu'est-ce qui cause les changements de pH dans les contextes chimiques et dans la nature ?
- Tout d'abord, nous allons nous pencher sur la définition et la signification du pH.
- Ensuite, sur un sujet étroitement lié, comment calcule-t-on le pH ?
- Qu'est-ce qu'une échelle de pH et pourquoi est-elle logarithmique ?
- Ensuite, nous verrons comment les changements de pH affectent l'environnement et les contextes biologiques du pH.
- Et pour terminer, nous répondrons à la question suivante : comment la dilution peut-elle provoquer des changements de pH ?
Signification de la modification du pH
Qu'est-ce que le pH et quelle est l'importance d'un changement de pH ?
LepH désigne l'acidité ou l'alcalinité d'une solution, mesurée par la concentration d'ions H+ dans la solution.
Considère que le pH signifie simplement le "potentiel" de l'hydrogène ("potentia hydrogeniie") dans la solution.
Qu'est-ce que l'acidité, ou le manque d'acidité ?
L'acidité est décrite comme suit :
Les solutions acides ont une concentration élevée en ions H+.
En revanche, les solutions basiques( solutionsalcalines ) peuvent être décrites comme suit :
Les solutions basiques ont une faible concentration d'ions H+ en solution.
Si le pH nous renseigne sur le niveau des ions H+ dans la solution, qui sera leur concentration, nous pouvons identifier les solutions et les qualifier d'acides ou de basiques.
Une variation du pH indiquera qu'il y a eu un changement dans la concentration des ions H+ dans la solution, ce qui signifie qu'une variation du pH correspondra à un changement dans l'acidité de la solution. Il peut s'agir d'une augmentation ou d'une diminution de l'acidité. Par ce biais, dont nous parlerons plus tard, un changement de pH indiquera le passage d'une solution acide à une solution basique, ou l'inverse.
Alors, comment déterminer ce qu'est une solution acide ou basique? Existe-t-il un moyen de quantifier ces chiffres et de comprendre les variations de pH d'une autre manière ? Dans la prochaine section, nous verrons comment quantifier la concentration d'ions H+ et la relier au pH par des calculs.
Équation du pH
Le pH est mesuré par la formule suivante :
\[ pH=- \log[H^+] \]
Comme tu peux le voir, le pH est une échelle logarithmique de la concentration des ions H+ en solution. Parce qu'il est logarithmique, cela signifie que chaque pas d'un nombre entier représente un pas entier d'une manière logarithmique , dans ce cas un changement d'un facteur 10.
N'oublie pas que les échelles logarithmiques ne sont pas linéaires.
Cela signifie qu'une solution de pH = 3 et une solution de pH = 4 diffèrent par 10x dans la concentration des ions H+ , mais qu'une solution de pH = 3 et une solution de pH = 5 diffèrent par 100x.
En utilisant les calculs et les valeurs de concentration d'une solution, on peut dire que les solutions acides ont un nombre de pH faible et que les solutions basiques ont une valeur de pH élevée. Cela est dû au fait qu'il s'agit d'une échelle logarithmique inversée, car le logarithme est précédé d'un signe moins. Dans la prochaine section, nous verrons comment ces valeurs de pH s'inscrivent sur une échelle à utiliser pour la variation du pH.
Tu peux aussi modifier l'équation du pH pour l'adapter à ton usage :
- Pour connaître la concentration des ions H+ dans la solution à partir de la valeur du pH. Tu peux réarranger l'équation pour formuler l'équation suivante : \[[H^+]=10^{pH} \]. Grâce à cette équation, tu peux trouver la concentration d'ions H+ dans une solution en connaissant simplement le pH. Cela peut être utile si tu as un pH-mètre numérique et que tu veux connaître le nombre total d'ions H+, car le pH-mètre numérique ne t'indiquera que la valeur du pH.
- Une autre formule que tu peux utiliser est la formule pOH, qui tient compte de la concentration d'ions hydroxyde (OH-) dans la solution. Sa formule est la suivante : \[ pOH=- \log[OH^+] \]. La valeur de pOH est la valeur inverse de la valeur du pH, dont nous parlerons dans la section suivante.
Tu as peut-être entendu parler de l'acidification des océans, mais de quoi s'agit-il exactement ? Il est intéressant de noter qu'elle est liée au concept de changement de pH.
Dans les environnements naturels fermés, tout comme dans un bécher contenant une solution, le pH peut fluctuer en fonction des réactifs ajoutés et d'autres conditions. En chimie, tu peux manipuler le pH des solutions, mais comment le pH change-t-il dans les environnements naturels extérieurs ?
Dans les grands réservoirs d'eau, leCO2 est extrait de l'atmosphère, ce qui forme de l'acide carbonique dans l'eau. Jette un coup d'œil à l'équation ci-dessous :
\[ CO_2 + H_2O \rightarrow H_2CO_3 \]
et cet acide carbonique peut produire des ions H+ dans l'eau :
\[ H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_{3}^- \]
C'est l'une des raisons pour lesquelles nous devons contrôler nos émissions de carbone et notre empreinte carbone. Plus leCO2 est libéré dans l'atmosphère, plus l'acidification des océans se produit, ce qui perturbe les écosystèmes et provoque l'extinction d'espèces.
Échelle de pH
L'échelle de pH a été créée pour donner un sens à des valeurs de pH arbitraires. La quantification de la concentration d'ions H+ dans une solution est un outil efficace pour étiqueter les acides et les bases, mais ils doivent être placés dans une certaine échelle comparative pour être utilisés. C'est ce que permet l'échelle de pH, qui peut être utilisée pour comparer différentes solutions.
Tu trouveras ci-dessous l'échelle de pH :
pHFig. q. Échelle de pH. Source : jansanconsulting.com
Il y a deux choses que tu peux remarquer sur l'échelle : les couleurs et les valeurs.
Tu remarqueras que l'échelle va de 0 à 14. Mais pourquoi ? C'est parce que l'eau est souvent considérée comme le point médian, car elle est neutre. L'eau a naturellement un pH de 7, ce qui constitue le point médian de l'échelle. Tout ce qui est inférieur à 7 devient acide et tout ce qui est supérieur à 7 devient basique (ou alcalin).
Il est possible d'avoir des valeurs de pH supérieures à 14 ou inférieures à 1, mais il s'agit là de cas rares, et pour la plupart des cas, tu t'en tiendras à cette échelle de 1 à 14.
Cette échelle peut être utilisée pour tracer différentes solutions et les comparer. Si tu disposes d'une base de données des solutions que tu utilises et de leurs valeurs de pH, tu peux les classer par ordre d'augmentation ou de diminution du pH pour comprendre l'acidité relative et les concentrations d'ions H+ dans les solutions.
Causes de la variation du pH
Comme nous l'avons vu plus haut, les variations de pH sont des changements dans l'acidité d'une solution. Il peut s'agir d'une diminution ou d'une augmentation de la concentration d'ions H+. Pour comprendre pourquoi le pH change, nous devons examiner les sources d'ions H+ dans les différentes solutions.
Il est essentiel de mentionner qu'un changement de pH peut se faire dans les deux sens, ce qui signifie que le pH peut augmenter ou diminuer. Plus important encore, les aspects clés du changement de pH sont liés à la façon dont une solution est soit acide, soit neutre, soit basique. Si un changement de pH est radical, il peut entraîner une modification de ses propriétés chimiques, ce qui aura de grandes répercussions sur ses utilisations chimiques.
Il y a deux façons d'examiner cette question, soit dans des environnements chimiques isolés, soit dans des scénarios de la vie réelle.
Environnements chimiques isolés
Dans un environnement chimique isolé, tel qu'un bécher contenant un acide ou une base spécifique, un changement de pH ne peut se produire que si l'on y ajoute une autre solution.
Trois solutions peuvent être ajoutées : un acide, une base ou une solution neutre comme l'eau. Si tu ajoutes plus d'acide à un acide, le pH diminuera, mais si tu ajoutes une base à un acide, le pH augmentera (rappelle-toi que le logarithme de la formule du pH est précédé d'un signe moins, ce qui signifie que l'échelle est inversée : plus la solution est acide, plus le pH est bas). Selon la force de tes solutions de départ et leur quantité, le pH pourrait soit rester dans la plage acide, soit dans la plage basique, soit devenir neutre. En effet, il peut subir une réaction de neutralisation.
Si tu ajoutes une solution neutre, comme de l'eau, une dilution de ta base ou de ton acide aura lieu. Nous reviendrons plus tard sur la dilution.
Environnements biologiques et écologiques
Dans d'autres contextes chimiques, il peut s'agir de préoccupations environnementales ou biologiques. Dans l'environnement, comme les lacs et les réservoirs d'eau, le pH des eaux naturelles dépendra de la source d'ions H+ dans l'eau. Le pH varie lorsque la concentration de ces minéraux change dans l'eau. Un grand nombre de ces minéraux créent un environnement basique en raison de la présence d'hydroxydes, et l'acidité de l'environnement provient généralement des pluies acides.
Dans le contexte biologique, le pH est très important pour le fonctionnement physiologique des protéines et des organes. Il peut s'agir des niveaux de pH dans le sang ou des niveaux de pH optimaux à l'intérieur des cellules pour leur fonctionnement. Les tampons peuvent atténuer un changement important du pH dû à l'apport alimentaire ou à d'autres facteurs biologiques afin de créer un pH stable dans l'organisme.
Changement de pH dû à la dilution
Nous aborderons ici les conséquences de la dilution sur les niveaux de pH.
Nous savons que le pH est corrélé à la concentration d'ions H+ dans la solution. Ceci est basé sur une formule énoncée plus haut.
Ainsi, si tu dilues la solution basique ou acide, ce qui peut être fait en ajoutant une quantité fixe d'eau à la solution, le pH changera.
La dilution des solutions acides ou basiques rapproche toujours le niveau du pH de 7, car il s'agit du point médian neutre. Ainsi, l'ajout d'eau à une solution acide augmentera le pH, tandis que l'ajout d'eau à une solution basique diminuera le pH.
La chose essentielle à retenir lors de l'estimation des niveaux de pH pendant les dilutions est que la quantité d'ions H+ dans la solution restera la même, mais la quantité de solvant (c'est-à-dire l'eau) changera. Cela signifie qu'il y aura une quantité fixe d'ions H+ dans la solution, mais que le volume d' eau changera, ce qui donnera lieu à une concentration différente. En fin de compte, cela modifiera le pH de la solution.
Si tu veux calculer le pH après dilution, tu dois recalculer la concentration d'ions H+ dans la solution à l'aide de la formule d'Avogadro avant de calculer le pH.
En raison de l'état logarithmique de l'échelle du pH, pour passer d'une valeur de pH à une autre par dilution, tu devras multiplier par 10 la quantité d'eau.
J'espère que cet article t'a éclairé sur le concept de changement de pH et que tu sais maintenant comment différents facteurs peuvent influencer le niveau de pH dans des contextes chimiques et dans la nature.
Changement de pH - Points clés à retenir
- Le pH est déterminé par la concentration d'ions H+ dans l'eau.
- La formule pour calculer le pH est la suivante : \( pH=- \log[H^+] \).
- L'échelle du pH va de 1 à 14, les valeurs inférieures représentant les acides et les valeurs supérieures les bases.
- L'échelle du pH est logarithmique.
- Le changement de pH peut résulter d'une dilution ou de l'ajout d'autres solutions ou minéraux.
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