I) Caractère acide, basique ou neutre d’une solution (rappels de seconde).
a) Le pH.
b) L'eau pure.
c) La solution d'acide chlorhydrique.
d) La solution de soude.
II) Le logarithme décimal en physique chimie.
III) Lien entre H₃O⁺ et log :
1) Calcul du pH en fonction de la concentration en H₃O⁺ :
2) Calcul de la concentration en ions H₃O⁺ à partir du pH :
IV) Exercices :

Toutes les solutions contiennent des molécules d’eau  H₂O , des ions  H⁺  qui dans l’eau forment des ions  H₃O⁺  et des ions  OH^- . Le caractère acide, basique ou neutre d’une solution se mesure par le  pH  de cette solution ( pH  signifie potentiel Hydrogène).
On quantifie la valeur du pH sur une échelle allant de  0  à  14 . Le pH d’une solution aqueuse caractérise cette solution de la façon suivante :
- pH < 7 La solution est acide
- pH = 7 La solution est neutre
- pH > 7 La solution est basique
Le pH est très important, le sang a un pH compris entre 7,3 et 7,5. Si le pH du sang descend à 7, c’est la mort par coma, s’il monte à 7,8 c’est la mort par tétanos.

Pour mesurer le pH, ils existent plusieurs méthodes :
- L’utilisation d’indicateurs colorés.
- L’utilisation de papier pH.
- L’utilisation du pH-mètre.

Afin de comparer l’acidité des solutions, on s’intéresse à la quantité d’ions H₃O⁺.

L’eau pure est très légèrement conductrice d’électricité, elle contient donc des ions. En fait ces ions proviennent de l’autoprotolyse de l’eau suivant la réaction :
H₂O   +   H₂O   ⇄   H₃O⁺   +   OH^- Cette réaction se fait dans d’infimes proportions, environ 2 pour 550 000 000.

Dans le cas de l’eau pure, il y a donc autant d’ions H₃O⁺ que d’ions OH^-.
Ce qui explique que le pH de l’eau est   7  .

H₂O   +   H₂O   ⇄   H₃O⁺   +   OH^-

HCl   +   H₂O   ⇄   H₃O⁺   +   Cl^-

_____________________________________________________________________
3 H₂O   +   HCl   ⇄   2 H₃O⁺   +   OH^-   +   Cl^-

* Schéma réalisé avec le logiciel Avogadro qui est un logiciel gratuit que l’on trouve sur internet.

H₂O   +   H₂O   ⇄   H₃O⁺   +   OH^-

NaOH   +      ⇄   Na⁺   +   OH^-

_____________________________________________________________________
NaOH   +   2 H₂O   ⇄   Na⁺   +   H₃O⁺   +   2 OH^-

* Schéma réalisé avec le logiciel Avogadro qui est un logiciel gratuit que l’on trouve sur internet.

La fonction logarithme décimal est la fonction f définie pour tout x > 0 par f(x) = log(x).
Sur la calculatrice on utilise les touches pour les calculatrices plus récentes et pour les plus anciennes (ne pas confondre avec ln ou LN).

Compléter le tableau de valeurs après avoir écrit les nombres x du tableau sous la forme d’une puissance de 10 et répondre à la question. ( On mettra les puissances de 10 dans les cases rouges.)               Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...

x	0,001	0,01	0,1	1	10	100	1 000
x	10	10	10	10	10	10	10
log(x)

Pour chaque écriture obtenue, comparer l’exposant de x et son logarithme décimal.

Le logarithme décimal est supérieur inférieurégalaugmente diminue à l’exposant de la puissance de 10.

A l’écran de la calculatrice, tracer la courbe représentative de f en tenant compte des paramètres suivants.
Fenêtre :
min = 0 ; X_max = 20 ; Pas = 1
Y_min = -1 ; Y_max = 2 ; Pas = 0,5.

A partir de l’observation du graphique, compléter le sens de variation de f pour tout x > 0. (On écrira dans les cases blanches et on effectuera un glissé déplacé des flèches dans les cases en pointillés. On écrira +inf pour +∞ et -inf pour -∞.)               Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci. Un bouton rouge apparait sous les cases contenant des signes de variation faux...

x
log(x)

Propriétés de la fonction logarithme décimal.

Quels que soient les nombres a et b strictement positifs.

log (ab) = log(a) + log(b)

log(an) = nlog(a)

log ( a ━━━ b ) = log(a) – log(b)

log( 1 ━━━ b ) = - log(b)

Quelque soit le nombre x,  log(10x) =   x  .

L’intérêt de cette fonction est que le résultat est pratiquement égal à la valeur de l’exposant de 10. En effet, calculons une valeur approchée de log (1,5.10^-7) sans la calculatrice.

log (1,5.10^-7) = log (1,5) + log (10^-7) = log (1,5) – 7.
Puisque 0 < 1,5 < 10, log (1,5) est compris entre 0 et 1, de ce fait log (1,5.10^-7) = -7 auquel on ajoutera au maximum 1, donc sera compris entre -7 et -6.
En effet avec la calculatrice log (1,5.10^-7) = -6,82.

Conseil: regarde la vidéo ci-dessous de Profcoudert
Vidéo : Le logarithme décimal en physique chimie : ( 8 min 02)

Afin de comparer l’acidité des solutions, on s’intéresse à la concentration molaire en ions H₃O⁺. Cette concentration est souvent exprimée sous la forme 10^-n, le pH sera alors calculé par la formule :

pH = -log[H₃O⁺] L’écriture [H₃O⁺] signifie la concentration molaire en ions H₃O⁺, cette concentration molaire est donnée en mol/L. Le pH est un nombre sans unité.

Le tableau suivant indique les concentrations en ions H₃O⁺ d’une solution de citron diluée plusieurs fois avec de l’eau. Chaque solution a été diluée 10 fois par rapport à la solution mère précédente.

Rappels: On souhaite écrire 3,5.10^-4 avec une calculatrice Casio ou TI.

Avec la casio

              

   Ce qui donne à l’affichage : Certaine calculatrices Casio écriront le résultat sous la forme suivante :

(Attention, on n'utilise jamais la touche « multiplier » dans ce cas avec les Casios.)

Avec la TI

                 

   Ce qui donne à l’affichage :

(On remarque que la puissance de 10 est la touche EE.)

La concentration en ions H₃O⁺ à partir du pH est donné par la relation :

[H₃O⁺] = 10^-pH

Calculer les concentrations molaires en ions H₃O⁺ des solutions dont le pH est donné. Les concentrations seront données en écriture scientifique avec une précision au centième du nombre qui précède la puissance de 10 et compléter la phrase qui suit. ( On mettra les puissances de 10 dans les cases rouges.)               Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...

pH	3,4	4,6	8,3	12,4
[H3O+] en mol/L	.10	.10	.10	.10

Plus le pH d’une solution augmente, plus la concentration en ions H₃O⁺ augmente diminueacidebasique voisinedifférente. Une concentration en ions H₃O⁺ qui augmente donne un pH qui augmente diminueacidebasique voisinedifférente et donc une solution de plus en plus augmente diminueacidebasique voisinedifférente. La valeur du pH est très augmente diminueacidebasique voisinedifférente de l’opposé de la valeur de la puissance de 10 de la concentration molaire correspondante (3,4 et -4 ; 4,6 et -5 etc.).

Conseil: regarde la vidéo ci-dessous de Profroques
Vidéo : Notion de pH : ( 5 min 16)

Exercice N°1: Cocher la réponse correcte :               Les erreurs sont mises en évidence par un point rouge à coté de la question...

1- Dans une solution aqueuse, l’eau est :

le soluté.       le solvant.       la solution.      

2- La concentration molaire d’un soluté d’une solution est :

le nombre de molécules du soluté dissoutes par litre de solution.       le nombre de moles du soluté dissoutes par litre de solution.       la masse de soluté dissoute par litre de solution.      

3- Pour un soluté, la solubilité est la quantité maximale de ce soluté que l’on peut dissoudre :

dans un litre de solution.       dans un litre de solvant.       dans une solution.      

4- Pour un soluté, une solution saturée :

forme un précipité.       peut dissoudre une quantité plus grande de soluté.       ne peut plus dissoudre de soluté.      

5- Pour identifier certains ions en solution, on utilise des réactions de :

précipitation.       concentration.       solution.      

6- Une solution acide contient :

plus d’ions H₃O⁺ que d’ions OH^-.       autant d’ions H₃O⁺ que d’ions OH^-.       moins d’ions H₃O⁺ que d’ions OH^-.      

7- Le pH d’une solution basique est :

inférieur à 7.       égal à 7.       supérieur à 7.      

8- Lorsque la concentration en ions OH^- diminue, le pH :

augmente.       ne change pas.       diminue.      

9- Le pH est calculé par la formule :

pH = log[H₃O⁺].       pH = -log[H₃O⁺].       pH = log[OH^-].      

10- La concentration en ions H₃O⁺ à partir du pH est calculé par la formule :

[H₃O⁺] = pH¹⁰.       [H₃O⁺] = 10^pH.       [H₃O⁺] = 10^-pH.      

Exercice N°2: Utilisation d’un décapant.               Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...

Pour décaper des métaux ferreux, vous disposez d’une solution d’acide chlorhydrique HCl de concentration 0,013 mol/L. Afin que le décapage soit optimum, il est recommandé d’utiliser une solution acide dont le pH est inférieur à 4. Répondre aux questions.

Donner le pH de cette solution arrondi au centième.

Le pH de cette solution est pH = .

Compléter la phrase :

Lorsqu’une solution est dissoute 10 fois, son pH supérieur inférieurégalaugmente diminue de .

Afin d’économiser cette solution au maximum, jusque qu’elle fraction pouvez-vous dissoudre cette solution ?

On peut dissoudre cette solution fois. Son pH sera alors de et sa concentration en ions H₃O⁺ sera de . (Ce résultat sera donné en écriture décimale avec une précision au cent millième.)

Exercice N°3: Solution d’hydroxyde de sodium.       (Les puissances de 10 seront écrites dans les cases rouges.)               Les erreurs sont mises en évidence par la couleur rouge donnée à celles-ci...

La concentration en ions OH^- d’une solution d’hydroxyde de sodium est : [OH^-] = 1,6.10^-2 mol/L.

Sachant que le produit ionique de l'eau [H₃O⁺] x [OH^-] = 10^-14. Cette valeur est constante. Calculer la concentration [H₃O⁺], indiquer le pH de cette solution (le résultat sera arrondi au dixième).

[H₃O⁺] = .10.       Le pH est de .       Cette solution est une solution augmente diminueacidebasique voisinedifférente.

On dilue cette solution 100 fois. Donner la nouvelle concentration [OH^-], la nouvelle concentration [H₃O⁺] et le pH de cette nouvelle solution (arrondi au dixième).

[OH^-] = .10.       [H₃O⁺] = .10.       pH = .