Sciences physiques Stage n Chimie VIII: Acides et bases : le ph La star du jour un choux rouge! C.F.A du bâtiment Ermont 1
Ce cours sur le ph des liquides va nous présenter une classification possible des liquides en fonctions de certaines de leurs propriétés chimiques (ou électrochimiques). Certains liquides auront la faculté de dissoudre certains matériaux. D autres auront la faculté de provoquer des brûlures. D autres encore ne feront ni l un ni l autre. Au niveau du vocabulaire, il faut donc connaitre le nom de ces 3 caractères : Le caractère acide : un acide dissout, il est corrosif. Le caractère basique (ou alcalin) : une base brûle, elle est également corrosive. Le caractère neutre : pile entre les deux, un liquide neutre ne sera pas corrosif. Remarques : on cherche souvent à savoir ce qui est le plus «dangereux» entre les acides et les bases. C est une mauvaise question. Ou si vous préférez, c est une question à laquelle la réponse est la suivante : D abord, tous les acides ou toutes les bases ne sont pas forcément dangereux. Il y en a même qui sont vitaux pour vivre! Nous en verrons des exemples plus loin. Ensuite, les acides et les bases sont aussi corrosifs les uns que les autres. Mais ils le sont par des réactions chimiques différentes. C est un peu comme si vous mettiez votre main à une température de 200 C ou de -200 C : dans les deux cas, vous allez beaucoup souffrir! Acides et bases, c est pareil. De même, on imagine parfois qu un produit neutre est alors sans danger : rien de plus faux! Un produit neutre ne sera pas corrosif, c est vrai. Mais il peut être un poison violent malgré tout. La question qui se pose donc est : comment savoir si un liquide est acide, neutre ou basique? Pour cela, nous disposons d une échelle de ph 2
L échelle de ph Le ph d un liquide est un nombre compris entre 0 et 14. Cette valeur définit pour ce liquide son caractère : acide, neutre basique(ou alcalin) Plus précisément : Si le ph du liquide est strictement plus petit que 7, ce liquide est qualifié d acide. Si le ph du liquide est égal à 7, ce liquide est qualifié de neutre. Si le ph du liquide est strictement plus grand que 7, ce liquide est qualifié de basique (ou alcalin). 3
La mesure du ph Pour mesure la valeur du ph d un liquide, nous disposons de différentes méthodes, plus ou moins précises, plus ou moins contraignantes, et plus ou moins onéreuses : Les indicateurs colorés Le papier ph (en rouleau ou sur bandelettes) Le ph-mètre électronique Nous préfèrerons le papier ph pour sa facilité d emploi, un coût raisonnable et une précision de mesure satisfaisante la plupart du temps. Les indicateurs colorés : Ce sont des colorants multi-composants qui ont la particularité (chimique) de changer de couleur en fonction du ph du liquide dans lequel ils sont dissouts. Certains sont naturels (jus de choux rouge, extrait de cochenilles, ), d autres sont fabriqués pour être plus précis. Pour être honnête, ils ne sont pas forcément faciles d emploi, et on préfère la plupart du temps déposer ces colorants sur du papier buvard, ce qui donne un rouleau de papier ph! 4
Les ph-mètres : Ce sont des appareils électroniques qui offrent une large gamme de précision et de prix. De toute façon, ils sont assez fragiles, et surtout, il faut les étalonner régulièrement : bref, ce sont des appareils très précis mais très lourd à utiliser. Le papier ph : On le trouve en rouleau ou en bandelette, il est un bon compromis entre facilité d emploi, coût et précision. Contrairement à ce que laisse penser l illustration ci-dessus, le papier ph ne mesure parfois qu une partie de l échelle (de 1 à 14, de 0 à 10, de 4,5 à 9 par exemple) 5
Quelques valeurs de ph On retiendra que l eau pure (ou l eau distillée) a un ph de 7, et que c est donc un liquide neutre. En revanche, l eau du robinet et l eau en bouteille ont des ph qui peuvent varier de légèrement acide à légèrement basique. 6
ph et dilution Rappel : le ph de l eau distillée (pure) vaut 7 : c est donc un liquide neutre. Que se passe-t-il pour le ph quand on dilue une solution acide ou une solution basique? Quand on dilue un acide (en ajoutant de l eau pure), le liquide obtenu est moins acide, il se rapproche de la neutralité, et le ph remonte vers 7. Quand on dilue une base (en ajoutant de l eau pure), le liquide obtenu est moins basique, il se rapproche de la neutralité, et le ph redescend vers 7. ACIDE ACIDE DILUÉ SOUDE SOUDE DILUÉE La solution est moins acide quand on la dilue, son ph remonte vers la neutralité : 7 La solution est moins basique quand on la dilue, son ph redescend vers la neutralité : 7 Pour ceux qui veulent aller plus loin Le ph s exprime selon une échelle logarithmique qui va de 0 à 14. Cela signifie que pour passer d une valeur de ph à la suivante, il faut diluer (ou concentrer) 10 fois plus le liquide : +1 ou -1 en ph signifie x10 ou 10 en concentration (ou dilution) Par exemple, un acide au ph de 3 et 10 fois plus acide qu un acide au ph de 4, il est 100 fois plus acide qu un acide au ph de 5, etc. De même, une base au ph de 13 est 1000 fois plus concentrée que la même base avec un ph de 10. 7
Mesurer le ph avec du papier ph Vous avez ci-dessous une illustration qui indique un protocole en 3 étapes pour réaliser une mesure de ph pour un liquide : 1) Prélèvement du liquide (avec l'agitateur) 2) Mesure du ph en posant une goutte du liquide sur le papier ph 3) Rinçage de l'agitateur (avec la pissette ou au robinet) b b b e a d c f 1) Légendez ce protocole en désignant avec des lettres (de a à f) le matériel utilisé: a) Tube à essai b) Agitateur (en verre ou en plastique) c) Bandelette de papier ph d) Coupelle e) Pissette d'eau (distillée) f) Cristallisoir 2) Remarque: voilà exactement... ce qu'il ne faut pas faire! Pourquoi? On souille le liquide à mesurer On risque de se mettre du liquide sur les mains ou d en renverser 8
On caractérise l acidité, la neutralité ou la basicité d une solution aqueuse par un nombre appelé ph. C est un nombre compris entre 0 et 14 : Si le ph < 7, alors la solution aqueuse est acide. Si le ph = 7, alors la solution aqueuse est neutre. Si le ph > 7, alors la solution aqueuse est basique. On établit ainsi une échelle des ph : 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 De plus en plus acide De plus en plus basique NEUTRALITÉ Le ph de l eau pure est égal à 7 : Quand on dilue une solution acide avec de l eau pure, le ph remonte (vers 7). Quand on dilue une solution basique avec de l eau pure, le ph diminue (vers 7) Pour mesurer le ph d une solution, on peut utiliser : Un indicateur universel de ph (papier ou liquide). Un ph-mètre électronique. 9
Exercice 1 : Soient les solutions dont les ph sont indiqués : coca : 3 eau de javel : 12 eau distillée : 7 détergent : 9 jus d orange : 4 aspirine effervescente : 7 citron : 2 eau de mer : 8 sérum physiologique : 7 ciment : 12 Classer ces solutions dans le tableau suivant : Solutions acides Solutions neutres Solutions basiques Coca Jus d orange citron Eau distillée Aspirine effervescente Sérum physiologique Eau de javel Détergent Eau de mer Ciment Exercice 2: (D après sujet de CAP secteur 3 Groupement académique du grand Est Session juin 1999) Dans un aquarium, le ph de l eau doit se situer entre 6,5 et 7,5. Lors d un contrôle, on a relevé la mesure suivante : ph = 8,2. 1) Indiquer si l eau est plutôt : ACIDE NEUTRE BASIQUE 2) Vous avez le choix entre les deux produits A et B, pour rendre l eau acceptable pour les poissons. D après leur composition, lequel allez-vous choisir? PRODUIT A : Acide sulfurique + Eau purifiée PRODUIT B : Hydroxyde de sodium + Eau purifiée 10
Exercice 3: (D après sujet de CAP Secteur 2 Groupement inter académique II Session 2005) Les liants hydrauliques sont utilisés dans la confection des mortiers et des bétons. On se propose d étudier leurs constituants principaux. Ces constituants sont : la chaux de formule CaO la silice de formule SiO2 alumine de formule Al2O3. On introduit quelques grammes de chaux dans de l eau distillée. On obtient de l eau de chaux. Le but de l expérience suivante est de déterminer le ph de l eau de chaux. On utilise deux indicateurs colorés : l hélianthine phénolphtaléïne Expérience n 1 : on introduit quelques gouttes d hélianthine dans l eau de chaux. La solution devient jaune. Expérience n 2 : on introduit quelques gouttes de phénolphtaléïne dans l eau de chaux. La solution devient rose. À partir des données ci-dessous, recopier et compléter la phrase suivante : «L eau de chaux a un ph compris entre 9 et 14». 11
Exercice 4: (D après sujet de CAP Secteur 7 Métropole- La Réunion Mayotte Session juin 2009) On trempe l extrémité d une bandelette de papier ph dans une solution d hypochlorite de sodium. Celle-ci se colore en bleu. 1) À l aide de l'échelle des ph qui se trouve ci-contre, proposer une valeur du ph de cette solution : Le ph est mesuré à 12. 2) En déduire le caractère de cette solution : Acide Neutre Basique 3) L hypochlorite de sodium s utilise sous forme diluée. On ajoute de l eau à cette solution. Indiquer la variation du ph en cochant la case correspondant à la bonne réponse. La valeur du ph augmente La valeur du ph diminue La valeur du ph ne change pas 12