Mesures expérimentales du pH - Maxicours

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Mesures expérimentales du pH

Objectif
La mesure du pH d'une solution aqueuse est importante car elle permet de déterminer la concentration de la solution en ions oxonium [H3O+] et l'état final d'une réaction chimique : deux méthodes sont utilisées en pratiques selon leur précision (les indicateurs colorés et le pH-mètre étalonné).
1. Mesure du pH à l'aide d'indicateurs colorés
a. Principe
Certaines substances organiques, appelées indicateurs colorés, changent nettement de couleur sur un intervalle de pH d'environ 1,5 à 2 unités de pH appelée zone de virage.
Exemple :
Le BBT ou bleu de bromothymol, qui est jaune pour les pH inférieurs à 6, passe au bleu pour les pH supérieurs à 7,6 : la zone de virage du BBT est donc comprise entre 6 et 7,6 unités de pH.
b. Le papier pH
Le papier pH est imprégné d'un mélange d'indicateurs colorés.

Lorsque l'on dépose une goutte de solution dont on veut déterminer le pH sur le papier pH, il change de couleur et il suffit alors de comparer cette couleur avec l'échelle de teinte inscrite sur l'emballage.
La mesure du pH avec le papier pH ou les indicateurs colorés est précise à 1 unité de pH près.
2. Mesure du pH à l'aide d'un pH-mètre
a. Principe
Le pH-mètre est un appareil de mesure du pH composé d'une sonde pH-métrique qui est le plus souvent une électrode combinée composée de deux électrodes :
  • une électrode de référence à potentiel fixe ;

  • une électrode de mesure (électrode de verre) dont le potentiel est une fonction affine du pH.

Ainsi la différence de potentiel U, fonction du pH, mesurée entre ces deux électrodes permet la mesure du pH de la solution à condition que l'appareil ait été étalonné pour que le pH-mètre prenne les valeurs a et en compte :
U = a - × pH.
a et b dépendent en effet de la température et de l'état des électrodes.

La mesure du pH avec le pH-mètre est précise à 0,1 unité de pH près ou pour les appareils plus précis à 0,05 unités pH près.
b. Étalonnage et manipulation
• Mise en place du matériel :
Avant toute mesure, l'électrode combinée doit être rincée à l'eau distillée et essuyée avec du papier Joseph.

L'électrode combinée, fragile, doit être maintenue par une pince à une hauteur convenable pour être immergée mais sans toucher le fond du récipient ou l'aimant de l'agitateur magnétique.

• L'étalonnage ou standardisation :
Il s'effectue à l'aide de deux solutions étalon de pH connu appelées solutions tampons.

Premier réglage avec la solution tampon à pH = 7 :
  1. l'agitateur est mis en route avant le pH-mètre ;
  2. la valeur indiquée est étalonnée à 7 grâce au bouton d'étalonnage :
  3. arrêter le pH-mètre et le rincer.


Second réglage avec la solution tampon à pH = 4 si la solution dont on veut mesurer le pH est acide et plutôt pH = 9 si elle est basique :
  1. l'agitateur est mis en route avant le pH-mètre ;
  2. la valeur indiquée est étalonnée à 4 grâce au bouton correcteur de pente :
  3. arrêter le pH-mètre et le rincer.


• Fin des mesures :
Après avoir effectué le dosage (pas de rinçages au cours de la manipulation) ou les différentes mesures (rinçage entre chaque mesure), il faut nettoyer et essuyer l'électrode combinée puis replacer le capuchon protecteur qui contient la même solution que celle à l'intérieur de l'électrode car cette dernière ne doit pas sécher.
L'essentiel
Les deux principales méthodes pour mesurer le pH d'une solution sont :
• pour une précision à 1 unité de pH près :
les indicateurs colorés dont la couleur change dans une zone de virage de 2 unités pH, le papier pH, mélange d'indicateurs colorés, à l'aide de son échelle de teinte.

• pour une précision à 0,1 unité pH près :
le pH-mètre qui nécessite des précautions expérimentales (fragile) et un étalonnage avec des solutions tampons pour déterminer la fonction affine de la différence de potentiel à ses électrodes en fonction du pH :
U = a - × pH.

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