Ce que mesure vraiment le pH : la concentration en ions H3O+

Le pH est lié à une concentration

Le pH n'est pas une grandeur inventée arbitrairement : il mesure la concentration en ions oxonium H3O+ présents dans la solution. Plus il y a d'ions H3O+ par litre de solution, plus le pH est bas (solution acide) ; moins il y en a, plus le pH est élevé (solution basique).

L'origine des ions H3O+

Dans l'eau, les ions H3O+ (aussi appelés ions hydronium) apparaissent quand une espèce acide cède un ion H+ à une molécule d'eau : H+ + H2O -> H3O+. Une solution acide a donc une concentration en H3O+ supérieure à celle de l'eau pure (10^-7 mol/L à 25 degrés C).

Une relation mathématique précise

La relation exacte, vue en détail dans le chapitre suivant, est :

pH = -log[H3O+]

où [H3O+] désigne la concentration en ions H3O+, exprimée en mol/L. Le signe "moins" est important : comme [H3O+] est toujours inférieur à 1 mol/L dans les cas usuels, son logarithme est négatif, et le signe moins rend le pH positif.

Exemple concret

Une solution dont la concentration en H3O+ vaut 1,0 x 10^-3 mol/L a un pH égal à 3 (car -log(10^-3) = 3). C'est une solution nettement acide.

Erreur classique

La confusion la plus fréquente est de croire que le pH et la concentration [H3O+] varient dans le même sens. C'est l'inverse : quand [H3O+] AUGMENTE, le pH DIMINUE. Une solution très concentrée en ions H3O+ est très acide, donc son pH est bas, pas élevé.