Ressources · 3ᵉ · Chimie
pH : solutions acides, neutres et basiques
L’échelle de pH et les solutions acides, neutres ou basiques ; mesurer un pH avec un indicateur coloré, du papier pH ou un pH-mètre ; les ions H⁺ et HO⁻ ; l’effet d’une dilution et un aperçu de la neutralisation ; manipuler acides et bases en sécurité.
À propos de cette page
L’échelle de pH : acide, neutre ou basique
• pH inférieur à 7 : la solution est acide ;
• pH égal à 7 : la solution est neutre (à 25 °C) ;
• pH supérieur à 7 : la solution est basique.
Plus le pH est petit, plus la solution est acide ; plus il est grand, plus elle est basique. Une solution est d’autant plus proche de la neutralité que son pH est proche de 7.
L’eau pure a un pH de 7, mais une eau n’est pas forcément neutre : l’eau de pluie, qui contient du dioxyde de carbone dissous, est légèrement acide ; l’eau du robinet peut être légèrement acide ou légèrement basique (en France, son pH doit rester entre 6,5 et 9).
Un vin a un pH de 4 et un cola un pH de 2,5 : les deux sont acides, et le cola est le plus acide, car son pH est le plus petit.
Une eau minérale de pH 7,2 est légèrement basique : 7,2 est supérieur à 7, même de peu. Elle n’est pas neutre.
Une solution de pH 3 et une solution de pH 11 sont toutes les deux à 4 unités de 7 : l’une est acide, l’autre basique, et aucune n’est plus proche de la neutralité que l’autre.
Réflexe — je compare le pH à 7 : en dessous, acide ; égal, neutre ; au-dessus, basique. Pour comparer deux solutions acides, la plus acide a le pH le plus petit.
Attention — « plus acide » va avec un pH plus petit, pas plus grand. Et « proche de 7 » ne veut pas dire « neutre » : une solution de pH 6,5 est acide.
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Mesurer un pH : indicateurs colorés, papier pH, pH-mètre
• un indicateur coloré : une espèce chimique dont la couleur dépend du pH. Quelques gouttes suffisent ; il dit si la solution est acide, neutre ou basique, ou dans quelle zone se trouve le pH, mais ne donne pas sa valeur ;
• le papier pH : une bandelette imprégnée d’indicateurs ; on compare sa couleur à un nuancier. Il donne le pH à une unité près environ ;
• le pH-mètre : un appareil muni d’une sonde, qui affiche le pH au dixième (parfois au centième). On l’étalonne avant usage avec des solutions de pH connu ; entre deux mesures, on rince la sonde à l’eau distillée, on la sèche en tamponnant sans frotter, et on ne la laisse jamais sécher à l’air.
Chaque indicateur change de couleur dans une zone de virage qui lui est propre :
| Indicateur | Milieu acide | Vers la neutralité | Milieu basique |
|---|---|---|---|
| bleu de bromothymol (BBT) | jaune (pH < 6,0) | vert (de 6,0 à 7,6) | bleu (pH > 7,6) |
| phénolphtaléine | incolore | incolore | incolore jusqu’à 8,2, puis rose |
| hélianthine | rouge (pH < 3,1), puis orange | jaune (dès pH 4,4) | jaune |
| jus de chou rouge | rouge | violet | bleu, puis vert, puis jaune |
Une goutte de solution rend le BBT jaune et l’hélianthine jaune. BBT jaune : pH < 6,0 ; hélianthine jaune : pH > 4,4. Donc 4,4 < pH < 6,0 : la solution est acide.
Pour savoir si deux eaux ont un pH de 7,2 ou de 7,5, le papier pH, précis à une unité près, ne suffit pas : il faut un pH-mètre étalonné.
Réflexe — je choisis l’outil selon la question : acide ou basique ? → un indicateur ; une valeur approchée ? → le papier pH ; une valeur précise ? → le pH-mètre. Pour lire un indicateur, je place sa couleur sur sa zone de virage.
Attention — un BBT vert ne prouve pas que le pH vaut 7 : il est seulement compris entre 6,0 et 7,6. Et une phénolphtaléine incolore ne prouve pas que la solution est acide : elle reste incolore jusqu’à pH 8,2.
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Les ions responsables : H⁺ et HO⁻
• solution acide : les ions H⁺ sont plus nombreux que les ions HO⁻ (pH < 7) ;
• solution neutre : il y a autant d’ions H⁺ que d’ions HO⁻ (pH = 7) ;
• solution basique : les ions HO⁻ sont plus nombreux que les ions H⁺ (pH > 7).
Plus une solution est acide (pH petit), plus elle contient d’ions H⁺ dans un même volume. Une solution acide contient aussi quelques ions HO⁻, une solution basique quelques ions H⁺ : il n’y en a jamais « aucun ».
Les ions H⁺ et HO⁻ ne sont pas seuls : leurs charges sont compensées par d’autres ions (Cl⁻, Na⁺…), et la solution reste électriquement neutre (voir Ions : cations, anions et tests d’identification).
| Solution | Ions qu’elle contient | Caractère |
|---|---|---|
| acide chlorhydrique | H⁺ et Cl⁻ (ion chlorure) | acide |
| soude (hydroxyde de sodium) | Na⁺ et HO⁻ | basique |
| eau pure | très peu de H⁺ et de HO⁻, en nombres égaux | neutre |
Dans l’acide chlorhydrique, ce sont les ions H⁺ qui font l’acidité : les ions chlorure Cl⁻ sont aussi dans l’eau salée, qui est neutre.
Le sucre contient des atomes d’hydrogène, mais l’eau sucrée a un pH de 7 : le sucre ne libère pas d’ions H⁺ dans l’eau. Contenir des atomes d’hydrogène ne rend pas une solution acide.
Une solution de pH 3 contient plus d’ions H⁺ qu’une solution de pH 5, dans le même volume : elle est plus acide.
Réflexe — pH < 7 → ions H⁺ majoritaires ; pH > 7 → ions HO⁻ majoritaires ; pH = 7 → autant des deux. Je dis « majoritaires », jamais « seuls ».
Attention — ne pas confondre l’ion hydrogène H⁺ (acidité) et l’ion hydroxyde HO⁻ (basicité). Et une solution acide n’est pas chargée : les charges des ions H⁺ sont compensées par celles des anions qui les accompagnent.
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Diluer une solution : le pH se rapproche de 7
• Un acide dilué devient moins acide : son pH augmente et se rapproche de 7, sans jamais le dépasser.
• Une base diluée devient moins basique : son pH diminue et se rapproche de 7, sans jamais passer en dessous.
• Une solution très diluée garde son caractère : un acide dilué reste un acide, son pH devient seulement très proche de 7.
Ajouter une base, ce n’est pas diluer
Si l’on verse une solution basique dans une solution acide, les ions H⁺ et HO⁻ réagissent ensemble et forment de l’eau : H⁺ + HO⁻ → H₂O. C’est une transformation chimique, la neutralisation. Les autres ions (Na⁺, Cl⁻…) restent dans la solution. Le pH monte ; pour l’acide chlorhydrique et la soude, il vaut 7 quand on a versé autant d’ions HO⁻ qu’il y avait d’ions H⁺, et il dépasse 7 si l’on verse encore de la base. Une dilution, elle, ne fait jamais franchir 7 (voir Réactions des acides : métaux, calcaire et neutralisation).
On verse 20 mL de jus de citron dans 180 mL d’eau pour faire une citronnade : volume final 20 + 180 = 200 mL, soit 10 × 20 mL. Le jus est dilué 10 fois ; son pH augmente, mais la citronnade reste acide.
On ajoute de l’eau à un nettoyant ménager de pH 10 : son pH diminue et se rapproche de 7, sans passer en dessous.
Du BBT jaune dans un acide passe au vert, puis au bleu, quand on y verse assez de soude : le pH a dépassé 7. Avec de l’eau seule, le BBT ne serait jamais devenu bleu.
Réflexe — diluer → le pH se rapproche de 7 sans le franchir ; ajouter une base à un acide → le pH monte et peut dépasser 7. Pour une dilution, je compare le volume final au volume de départ.
Attention — le pH n’est pas proportionnel à la dilution : diluer 10 fois ne multiplie ni ne divise le pH par 10. Et une mesure qui fait passer un acide dilué au-dessus de 7 est fausse (sonde mal rincée, pH-mètre mal étalonné).
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Manipuler acides et bases en sécurité
• Une base concentrée (soude, déboucheur, eau de Javel) est aussi dangereuse qu’un acide concentré : « basique » ne veut pas dire « inoffensif ».
• On ne mélange jamais deux produits ménagers : un acide et l’eau de Javel dégagent du dichlore, un gaz toxique (voir Transformations chimiques et sécurité (6e)).
• La dilution est la première protection : un produit très dilué est beaucoup moins agressif que le même produit concentré.
| Règle | Pourquoi |
|---|---|
| lunettes, gants et blouse | protéger les yeux et la peau des projections |
| verser l’acide dans l’eau, jamais l’eau dans l’acide | la dilution dégage de la chaleur : l’eau versée sur un acide concentré peut bouillir et projeter de l’acide |
| petites quantités, flacon rebouché, au-dessus de la paillasse | limiter les projections et les vapeurs |
| garder le produit dans son flacon d’origine | ne jamais le confondre avec une boisson ou un autre produit |
| projection : rincer tout de suite à l’eau courante, longuement (au moins un quart d’heure sur la peau), et prévenir un adulte | diluer et emporter le produit avant qu’il n’attaque la peau ou l’œil |
Un déboucheur à la soude de pH 14 porte le pictogramme corrosif : on le manipule avec des gants et des lunettes, comme un acide concentré.
Pour préparer un acide dilué, on met d’abord l’eau dans le bécher, puis on y verse l’acide peu à peu, en remuant.
Une goutte de soude tombe sur la main : on rince à l’eau courante, longuement. On n’y verse pas de vinaigre « pour neutraliser » : la neutralisation dégage de la chaleur et le vinaigre irrite la peau abîmée.
Réflexe — avant : je lis l’étiquette et je mets lunettes, gants et blouse ; pendant : l’acide dans l’eau, jamais l’inverse ; après une projection : de l’eau, longtemps, et je préviens.
Attention — on ne « neutralise » pas une projection sur la peau avec un autre produit : on rince à l’eau. Et on ne transvase jamais un produit dans une bouteille de boisson.
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Pour aller plus loin
Revoir. Écrire les ions H⁺ et HO⁻ et comprendre pourquoi une solution est électriquement neutre : Ions : cations, anions et tests d’identification. Les pictogrammes de danger et le mélange interdit eau de Javel + acide : Transformations chimiques et sécurité (6e).
Dans les autres chapitres de 3e. Ce que font les acides sur les métaux et le calcaire, et la neutralisation suivie au BBT : Réactions des acides : métaux, calcaire et neutralisation. Écrire et ajuster l’équation H⁺ + HO⁻ → H₂O et d’autres équations avec des ions : Équations de réaction avec des ions.
Pour aller plus loin — pluies acides et océans. Sans pollution, l’eau de pluie a un pH voisin de 5,6, à cause du dioxyde de carbone dissous ; on parle de pluie acide quand son pH est plus bas, à cause des oxydes de soufre et d’azote rejetés par les combustions. L’eau de mer est basique, mais son pH de surface a baissé d’environ 0,1 depuis le début de l’ère industrielle, car l’océan absorbe une partie du dioxyde de carbone que nous rejetons : c’est l’acidification des océans (voir Chimie et environnement : pollution, effet de serre, chimie verte).
Pour aller plus loin — une échelle qui compte par 10. Quand le pH baisse d’une unité, une même quantité de solution contient environ 10 fois plus d’ions H⁺ : une solution de pH 2 en contient environ 1 000 fois plus qu’une solution de pH 5. Et le pH peut sortir de l’intervalle de 0 à 14 pour des solutions très concentrées : l’acide chlorhydrique du commerce le plus concentré a un pH proche de −1.
Se verra au lycée. Dans l’eau, l’ion H⁺ est porté par une molécule d’eau (ion oxonium H₃O⁺), et le pH se calcule à partir de la quantité de ces ions dans un litre de solution.
- Le pH, sans unité, indique le caractère d’une solution : acide si pH < 7, neutre si pH = 7, basique si pH > 7 ; plus le pH est petit, plus la solution est acide.
- Un indicateur coloré (BBT, phénolphtaléine, hélianthine, jus de chou rouge) situe le pH dans une zone ; le papier pH le donne à une unité près ; le pH-mètre étalonné le donne au dixième.
- Une solution acide contient plus d’ions H⁺ que d’ions HO⁻ ; une solution basique plus d’ions HO⁻ que d’ions H⁺ ; une solution neutre autant des deux.
- Diluer rapproche le pH de 7 sans le franchir ; verser une base dans un acide fait réagir H⁺ et HO⁻ (neutralisation) et peut faire dépasser 7.
- Acides et bases concentrés sont corrosifs : lunettes, gants, blouse ; l’acide dans l’eau, jamais l’inverse ; projection → rincer longuement à l’eau.
Questions fréquentes
Comment savoir si une solution est acide, neutre ou basique ?
On regarde son pH : en dessous de 7, elle est acide ; à 7, neutre ; au-dessus de 7, basique. Plus le pH est petit, plus elle est acide : un cola de pH 2,5 est plus acide qu’un vin de pH 4. L’eau pure a un pH de 7, mais une eau n’est pas forcément neutre : l’eau de pluie est légèrement acide.
Comment mesurer le pH d’une solution ?
Un indicateur coloré (BBT, phénolphtaléine, hélianthine) dit dans quelle zone se trouve le pH grâce à sa couleur ; le papier pH donne une valeur à une unité près en comparant sa couleur à un nuancier ; le pH-mètre, étalonné avec des solutions de pH connu, affiche le pH au dixième.
Quels ions rendent une solution acide ou basique ?
Les ions hydrogène H⁺ et les ions hydroxyde HO⁻ (aussi notés OH⁻). Une solution est acide quand les ions H⁺ sont majoritaires, basique quand les ions HO⁻ sont majoritaires, neutre quand il y en a autant. Les deux sortes d’ions sont toujours présentes.
Que devient le pH quand on dilue une solution ?
Il se rapproche de 7 : le pH d’un acide dilué augmente, celui d’une base diluée diminue, sans jamais franchir 7. Un acide très dilué reste acide. Seul l’ajout d’une base à un acide, qui fait réagir les ions H⁺ et HO⁻, peut faire dépasser 7.
Comment manipuler un acide ou une base sans danger ?
Les produits concentrés sont corrosifs : on porte lunettes, gants et blouse, on verse toujours l’acide dans l’eau et jamais l’inverse, on ne mélange pas deux produits, et en cas de projection on rince longuement à l’eau courante en prévenant un adulte. Une base concentrée est aussi dangereuse qu’un acide.
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