Quelle est la définition du pH

La mesure du pH est utilisée dans une grande variété d'applications : agriculture, traitement des eaux usées, processus industriels, surveillance de l'environnement et recherche et développement. Le pH est une mesure de l'acidité ou de l'alcalinité d'une solution. La valeur du pH indique la quantité relative d'ions hydrogène (H+) contenue dans une solution. Plus la concentration en H+ est élevée, plus la solution est acide et plus le pH est bas. Dans cette relation, le pH est défini comme le logarithme négatif de l’activité de l’hydrogène. Un système de mesure du pH standard se compose de trois éléments : 1) une électrode de pH BOQU ; 2) élément de compensation de température BOQU et 3) pH-mètre ou contrôleur BOQU.

Quelle est la définition du pH ?

La valeur du pH d'une solution est le log négatif de son activité en ions hydrogène (α), qui est le produit de la concentration en ions hydrogène [H+] et du coefficient d'activité de l'hydrogène (gH+) à cette concentration.

pH = –log α = –log γH+[H+]

Dans l'eau pure et dans les solutions diluées, l'activité H+ peut être considérée comme la même que la concentration en H+.

pH = –log γH+[H+] = –log [H+]

Le pH d'une solution mesure le degré d'acidité ou d'alcalinité par rapport à l'ionisation de l'eau. L'eau pure se dissocie pour donner 10-7 M de [H+] et [OH–] à 25°C ; ainsi, le pH de l'eau est de 7, le point de neutralité.

pHeau = –log [H+] = –log 10-7 = 7

La plupart des lectures de pH vont de 0 à 14. Les solutions avec un [H+] supérieur à celui de l'eau (pH inférieur à 7) sont acides ; les solutions avec un [H+] inférieur à celui de l'eau (pH supérieur à 7) sont basiques ou alcalines.

Définition du pH

La mesure du pH consiste à comparer le potentiel de solutions dont le [H+] est inconnu à un potentiel de référence connu. Les pH-mètres convertissent le rapport de tension entre une demi-cellule de référence et une demi-cellule de détection en valeurs de pH. Aujourd'hui, la plupart des électrodes sont des électrodes combinées avec les demi-cellules de référence et de détection dans le même corps.

Les demi-cellules de référence contiennent un conducteur (généralement de l'argent avec un revêtement de chlorure d'argent) immergé dans une solution dont le [H+] est connu. Le potentiel entre ce conducteur interne et la solution connue est constant, fournissant un potentiel de référence stable 

Les demi-cellules de détection (demi-cellules de mesure) sont constituées d'un tube en verre (ou époxy) non conducteur scellé à une membrane de verre conductrice. Comme la demi-cellule de référence, la demi-cellule de détection contient également un conducteur immergé dans une solution électrolytique tamponnée, assurant des tensions constantes sur la surface interne de la membrane de verre et du conducteur de détection.

Quand le électrode pH est immergé dans la solution à mesurer, un potentiel s'établit à la surface de la membrane de verre de détection. Si la solution inconnue  est neutre, la somme des tensions fixes sur la surface intérieure de la membrane de verre et sur le conducteur de détection équilibre approximativement la tension sur la surface extérieure de la membrane de verre et sur la demi-cellule de référence. Il en résulte une différence de potentiel totale de 0 mV et une valeur de pH de 7.

Dans les solutions acides ou alcalines, la tension à la surface de la membrane externe change proportionnellement aux changements de [H+]. Le pH-mètre détecte le changement de potentiel et détermine [H+] de l'inconnue par l'équation de Nernst:

où:

E = différence de potentiel totale (mesurée en mV)

T = température en Kelvin

n = nombre d'électrons

E° = potentiel de référence

F = constante de Faraday

R = constante du gaz

[H+] = concentration en ions hydrogène

Compensation de température pH

Le pH de toute solution dépend de sa température  La tension de sortie de l'électrode change linéairement en fonction des changements de pH, et la température de la solution détermine la pente du graphique. Une unité pH correspond à 59,16 mV à 25°C, tension et température standard auxquelles tous les étalonnages sont référencés. La tension de l'électrode diminue à 54,20 mV/pH à 0,0°C et augmente à 74,04 mV/pH à 100,0°C.

Étant donné que les valeurs de pH dépendent de la température, les applications de pH nécessitent une certaine forme de compensation de température pour garantir la normalisation des valeurs de pH.  Les compteurs et contrôleurs avec compensation automatique de température (ATC) reçoivent un signal continu d'un élément de température et corrigent automatiquement la valeur du pH en fonction de la température de la solution.  La compensation manuelle de la température nécessite que l'utilisateur saisisse la température. L'ATC est considéré comme plus pratique pour la plupart des applications de pH.