pH
Le pH des solutions est une propriété chimique importante. L’oxygène est beaucoup plus électronégatif que l’hydrogène. Les deux électrons partagés dans une liaison oxygène-hydrogène ont tendance à passer plus de temps avec l’atome d’oxygène qu’avec l’hydrogène. Bien que la grande majorité des molécules d’eau restent intactes dans l’eau liquide, à tout moment, quelques atomes d’hydrogène individuels succombent à la pression de l’oxygène électronégatif et perdent leur emprise sur les deux électrons partagés. Lorsque cela se produit, la liaison covalente est rompue et un ion hydrogène (charge positive car il a perdu son électron au profit de l’oxygène, abréviation = H+) est libéré. La partie restante de la molécule d’eau d’origine est appelée ion hydroxyde (charge négative car elle a gardé un électron supplémentaire, en abrégé = OH-). Bien que présents à des niveaux très faibles dans une solution, les ions H+ et OH- peuvent avoir des effets énormes sur les propriétés d’une solution, surtout lorsqu’ils ne sont pas en équilibre. Dans l’eau pure, chaque ion hydroxyde qui se forme crée un ion hydrogène, il y a donc un nombre égal d’anions et de cations. Cependant, si un soluté est ajouté à l’eau, cet équilibre peut changer.
L’acide chlorhydrique (HCl) est un composé moléculaire qui se dissocie (se sépare) facilement parce que le chlore est si fortement électronégatif. Lorsqu’on le met dans l’eau, les liaisons covalentes du HCl se brisent pour former des ions H+ et Cl-, ce qui augmente la concentration d’ions H+ dans la solution. Cela crée une solution acide car il y a plus d’ions H+ que d’ions OH- présents. Les composés qui ajoutent des ions H+ aux solutions sont appelés acides. À l’inverse, il existe aussi des substances comme l’ammoniac (NH3) qui sont des bases car elles font diminuer la concentration d’ions H+, ce qui donne une solution basique.
Parce que la scission des molécules d’eau est extrêmement rare, le nombre d’ions hydrogène et hydroxyde dans une solution est si minuscule que nous utilisons une formule spéciale basée sur le logarithme pour mesurer le nombre d’ions hydrogène présents, ce qui nous donne des chiffres plus faciles à gérer dans l’échelle du pH. L’échelle de pH s’étend de 0 à 14 et représente la concentration d’ions hydrogène (H+) dans une solution. Le pH de l’eau pure est de 7, ce qui représente 1 x 10-7 ions hydrogène pour chaque molécule d’eau intacte. Cela représente 
seulement un ion H+ pour 10 millions de molécules de H2O !
Dans l’échelle du pH, lorsque la concentration en ions H+ augmente, les valeurs de pH diminuent. Cela signifie qu’une valeur de pH faible représente une forte concentration d’ions H+ (solution acide) et une valeur de pH élevée représente une faible concentration d’ions H+ (solution basique). Enfin, pour chaque changement de nombre entier sur l’échelle de pH, la concentration réelle en ions H+ est multipliée par dix. Par exemple, un changement de pH de 7 à 8 représente une baisse de la concentration en ions hydrogène de 1 sur 10 millions à 1 sur 100 millions.
Testeur de pH
Dans cette activité, vous allez déterminer le pH de certains produits ménagers et alimentaires courants.
Tampons
Pourquoi s’intéresse-t-on au pH d’une solution ? La plupart des cellules de l’organisme ne fonctionnent que dans une plage très étroite proche du pH neutre. Les enzymes qui nous aident à grandir et à nous reproduire, qui décomposent les aliments que nous mangeons et qui participent à d’autres fonctions vitales fonctionnent toutes dans une plage de pH spécifique et étroite. Pour aider à maintenir ce pH, des tampons sont présents dans presque toutes les solutions vivantes.
Un tampon est toute substance qui minimise la variation du pH d’une solution. La plupart des tampons consistent en une combinaison d’un acide faible et de la base faible, où la base est l’anion restant après que l’acide faible se dissocie (se sépare) pour libérer des ions H+. Cela peut sembler déroutant, mais il s’agit en fait d’une réaction de va-et-vient assez simple où le tampon agit comme un « ami » des ions H+ lorsque cela est nécessaire, mais aussi des ions OH- lorsque cela est nécessaire, maintenant un équilibre constant dans la valeur du pH.
Imaginez une famille avec trois enfants. Si l’aîné et le cadet ont tendance à se disputer souvent, l’enfant du milieu joue souvent le rôle de « tampon » entre les deux enfants qui se disputent. Lorsque nous parlons de tampon dans cette situation, nous voulons dire que l’enfant du milieu joue à des jeux d’enfants plus âgés lorsque l’aîné a besoin d’attention et à des jeux d’enfants plus simples et plus jeunes lorsque le plus jeune a besoin d’attention. En s’adaptant aux besoins de chaque enfant, l’enfant du milieu amortit la situation, ce qui permet aux enfants d’être moins en colère. Ce n’est peut-être pas optimal pour le tampon de l’enfant du milieu, mais cela rend les parents plus heureux !
Dans les solutions, un tampon chimique agit de manière similaire. Par exemple, l’acide carbonique (H2CO3) est un acide faible. Lorsqu’il est mis en solution, une petite quantité d’acide carbonique se dissocie en ions H+ et en anion bicarbonate restant (HCO3-). Cela augmente la concentration d’ions H+ et abaisse les valeurs de pH (vers l’acide). L’ion bicarbonate est considéré comme une base faible car s’il y a beaucoup d’ions H+ en solution, il se réassocie (se lie chimiquement) avec les ions H+ en excès pour reformer l’acide faible, ce qui réduit la concentration d’ions H+ et fait remonter les valeurs de pH (vers basique).
Les tampons maintiennent le pH d’une solution en ajustant la direction de leurs réactions chimiques (dissociation ou réassociation) en réponse aux augmentations ou aux diminutions de la concentration d’ions H+ qui peuvent être causées par d’autres substances entrant ou sortant de la solution. Si vous ajoutez un acide fort comme l’acide chlorhydrique (HCl) à une solution tamponnée, il y aura soudainement un excès d’ions H+ provenant de la dissociation de l’HCl. Les tampons de la solution réagiront en liant ces ions H+ en excès pour reformer l’acide faible, en utilisant les ions H+ en excès de sorte que le pH puisse rester autour de la même valeur malgré l’ajout d’un acide. La présence de l’acide carbonique/de l’ion bicarbonate dans votre sang est l’une des principales façons dont votre corps régule le pH de votre sang pour éviter l’acidose ou l’alcalose, qui sont toutes deux des conditions dangereuses pour la vie résultant de changements dans votre niveau de pH sanguin.