Relation entre les ions hydrogène et le pH

Le pH est un paramètre majeur qui est mesuré pour déterminer la qualité de l'eau. Il indique si une source d'eau est de bonne qualité et peut être utilisée pour la consommation ou pour d'autres besoins domestiques. De plus, le maintien du pH approprié est également essentiel pour certaines réactions chimiques. Le pH d'un système dépend de la concentration en ions hydrogène présents dans ce système. La concentration en ions hydrogène dans une solution est la quantité d'ions hydrogène (en unités de mol) présente dans un litre de solution. Le pH est la valeur logarithmique de l'inverse de la concentration en ions hydrogène. C'est la relation entre les ions d'hydrogène et le pH.

Zones clés couvertes

1. Quels sont les ions d'hydrogène
      - Définition, Propriétés
2. Quel est le pH
      - Définition, propriétés, échelle et mesures
3. Quelle est la relation entre les ions hydrogène et le pH
- Explication avec des exemples

Termes clés: Acidité, Alcalinité, Basicité, Hydrogène ionique, Hydronium ionique, pH, Proton

Quels sont les ions d'hydrogène

Les ions hydrogène sont les formes ioniques de l'élément Hydrogène; ceci est donné par le symbole H⁺. Un ion est formé lorsque des électrons sont éliminés ou ajoutés à un atome. Lorsque les électrons sont retirés d'un atome, il devient un cation. Lorsque des électrons sont ajoutés à un atome, il devient un anion. L'hydrogène n'a qu'un électron dans ses atomes neutres en phase gazeuse. L'isotope d'hydrogène le plus stable contient un proton dans son noyau. Par conséquent, la charge positive du noyau (due à la présence de proton) est neutralisée par le seul électron dont il dispose. Mais lorsque cet électron est retiré de l'atome d'hydrogène, seul le proton chargé positivement est présent. Par conséquent, l’hydrogène devient un ion hydrogène.Ainsi, l’ion hydrogène n’est qu’un proton.

Dans les solutions aqueuses, cet ion d’hydrogène ou ce proton est associé à H₂O (eau) molécules. Puis on l'appelle un ion hydronium. Le symbole de l'ion hydronium est H₃O⁺. Ce symbole est créé à partir de H⁺-H₂O combinaison.

Figure 1: Structure chimique de l'ion hydronium

L’acidité d’un composé est déterminée par sa capacité à libérer des ions hydrogène (ou des protons). Par conséquent, les acides forts sont des composés qui peuvent s'ioniser complètement et libérer tous les ions hydrogène qu’ils possèdent. Les acides faibles sont des composés capables de se dissocier partiellement en ions et de libérer une partie des ions hydrogène. La quantité d'ions hydrogène présents dans un système peut être déterminée en regardant le pH de ce système. Les titrages acide-base sont principalement basés sur les ions hydrogène présents dans un système. Une base peut être utilisée pour déterminer le nombre d'ions hydrogène présents dans une solution aqueuse d'un acide.

De plus, les ions hydrogène peuvent aussi exister des anions. Comme l'atome d'hydrogène a un électron non apparié dans l'orbitale 1s, il peut amener un autre électron à l'orbitale s pour compléter l'orbitale et obtenir la configuration électronique de l'hélium (He). Ensuite, il est indiqué que H^-. Cela se produit parce que l'atome d'hydrogène est composé d'un proton et qu'il n'y a pas d'autre charge positive dans l'atome pour neutraliser l'électron entrant.

Généralement, l’hydrogène a tendance à former l’ion positif car il a une électronégativité inférieure à celle de la plupart des autres éléments. Mais lorsqu'il est lié à des éléments tels que des métaux ayant une très faible électronégativité que l'hydrogène, il a tendance à former des anions au lieu de cations.

Quel est le pH

Le pH est la valeur logarithmique de l'inverse de la concentration en ions hydrogène (plus précisément l'activité des ions hydrogène). Le pH est en réalité une échelle utilisée pour déterminer l'acidité ou la basicité (alcalinité) d'un système. La valeur logarithmique est due au fait que la concentration en ions hydrogène dans une solution est très faible. Par exemple, la concentration en ions hydrogène de l’eau pure à 25^oC est environ 10^-7 mol / L. Par conséquent, la concentration en ions hydrogène est prise en compte au lieu de l'activité et la valeur logarithmique est utilisée afin de faciliter l'identification et la comparaison de ces concentrations. Lors du calcul du pH, les unités de concentration en ions hydrogène doivent être exprimées en mol / L.

L'échelle de pH varie de 1 à 14. Le pH 7 est considéré comme le pH neutre d'un système. Les acides ont des valeurs de pH inférieures à 7 et les bases ont des valeurs de pH supérieures à 7. Les acides forts présentent des valeurs de pH de 1 à 3, tandis que les acides faibles présentent des valeurs de pH de 4 à 6. Si un système a une valeur de pH proche de 14, il est pris en compte. aussi fortement basique.

Figure 2: échelle de pH

Le pH peut être mesuré en utilisant différentes méthodes. Les papiers de tournesol peuvent être utilisés pour déterminer si une solution est acide ou basique. Les papiers pH peuvent être utilisés pour déterminer la valeur du pH sous forme de nombre entier. Des méthodes de titrage peuvent également être utilisées.

Relation entre les ions hydrogène et le pH

Il existe une relation directe entre les ions hydrogène et le pH. Le pH d'une solution dépend de la concentration en ions hydrogène dans cette solution. La valeur du pH est la valeur logarithmique de l'inverse de l'activité des ions hydrogène. Comme la concentration en ions hydrogène est souvent très faible, l'activité des ions est considérée égale à la concentration en ions hydrogène. Ensuite, le pH est le logarithme de l'inverse de la concentration en ions hydrogène.

pH = -log_dix[une_H+]

Où est l'activité.

pH = -log_dix[H⁺_(aq)]

Il existe donc une relation directe entre le pH et la concentration en ions hydrogène dans une solution..

Conclusion

Le pH d’une solution dépend principalement de la concentration en ions hydrogène dans cette solution. La concentration en ions hydrogène variera en fonction des espèces chimiques présentes dans cette solution et des changements de température de cette solution..

Références:

1. «Ion hydrogène». Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica, inc., N.d. Web. Disponible ici. 26 juillet 2017. 
2. “Qu'est-ce que le pH?” .N.p., N.d. Web. Disponible ici. 26 juillet 2017. 

Courtoisie d'image:

1. "Hydronium-3D-balls" Par Benjah-bmm27 - Travail personnel, domaine public) via Commons Wikimedia