Du citron au savon : le pH, les acides et les métaux qu'ils rongent

Le jus de citron te pique la langue, le savon glisse entre tes doigts, et ton dentiste répète que les sodas abîment l'émail des dents. Derrière ces expériences se cache une seule grandeur, mesurable en quelques secondes : le pH. Tu vas apprendre à le lire, puis à écrire ce qui se passe quand un acide s'attaque à un métal.

1. Le pH : une échelle de 0 à 14

Le pH d'une solution aqueuse (dont le solvant est l'eau) est un nombre compris entre 0 et 14. On le mesure avec du papier pH, dont la couleur se compare à une échelle imprimée, ou avec un pH-mètre, plus précis.

• pH inférieur à 7 : la solution est acide ;
• pH égal à 7 : la solution est neutre ;
• pH supérieur à 7 : la solution est basique.

Valeurs approximatives : jus de citron vers 2, vinaigre vers 3, eau pure 7, sang 7,4, eau de mer vers 8, eau savonneuse vers 10, déboucheur pour évier jusqu'à 14.

Exemple travaillé 1. Le lait a un pH de 6,7 : 6,7 est inférieur à 7, il est légèrement acide. De l'eau où l'on a dissous du bicarbonate de soude a un pH de 8,3 : elle est basique. Plus on s'éloigne de 7, plus la solution est acide (vers 0) ou basique (vers 14).

2. Les ions qui décident : H⁺ et HO⁻

Toute solution aqueuse contient des ions hydrogène H⁺ et hydroxyde HO⁻, qui fixent le pH :

• solution acide : plus d'ions H⁺ que d'ions HO⁻ ;
• solution neutre : autant des deux ;
• solution basique : plus d'ions HO⁻ que d'ions H⁺.

Plus il y a d'ions H⁺, plus le pH est bas.

Exemple travaillé 2 : la dilution. Tu verses un peu de vinaigre (pH 3) dans un grand verre d'eau. Les ions H⁺ se dispersent dans un plus grand volume : le pH monte, par exemple à 4 ou 5. Dilue autant que tu veux, le pH se rapprochera de 7 sans jamais le dépasser : l'eau ne rend jamais un acide basique. Une base diluée, elle, voit son pH descendre vers 7.

Sécurité. Acides et bases concentrés sont corrosifs (pictogramme d'une main rongée). Au laboratoire : lunettes, gants, blouse, et l'on verse l'acide dans l'eau, jamais l'inverse. À la maison, on ne mélange jamais l'eau de Javel avec un détartrant acide : il se dégage du dichlore, un gaz toxique.

3. Quand un acide attaque un métal

Expérience classique, réalisée par le professeur au laboratoire (pas à la maison) : sur de la poudre de fer, on verse de l'acide chlorhydrique, une solution qui contient des ions H⁺ et des ions chlorure Cl⁻.

On observe :

• des bulles, et le fer qui disparaît peu à peu ;
• une allumette approchée provoque une petite détonation : c'est le test du dihydrogène H2 ;
• le pH augmente, car des ions H⁺ sont consommés ;
• quelques gouttes de soude donnent un précipité vert : c'est le test des ions fer II, Fe²⁺.

Les ions Cl⁻, présents avant et après, sont spectateurs : on ne les écrit pas.

Exemple travaillé 3 : écrire et équilibrer l'équation. Réactifs : Fe et H⁺. Produits : Fe²⁺ et H2.

Fe + 2 H⁺ → Fe²⁺ + H2

On vérifie deux conservations :

• les atomes : 1 Fe de chaque côté ; 2 H à gauche (2 ions H⁺), 2 H à droite (H2) ;
• les charges : à gauche 2 × (+1) = +2, à droite +2 (Fe²⁺) + 0 = +2.

Sans le coefficient 2 devant H⁺, ni l'hydrogène ni les charges ne seraient équilibrés.

Avec le zinc : Zn + 2 H⁺ → Zn²⁺ + H2. Le cuivre, lui, ne réagit pas avec l'acide chlorhydrique dilué. Voilà pourquoi les canettes sont vernies à l'intérieur : sinon, une boisson acide attaquerait le métal.

À retenir

• Le pH va de 0 à 14 : inférieur à 7, la solution est acide ; égal à 7, neutre ; supérieur à 7, basique.
• Acide : plus d'ions H⁺ que d'ions HO⁻ ; basique : l'inverse. Diluer rapproche le pH de 7.
• Acides et bases concentrés sont corrosifs : lunettes et gants.
• Un acide attaque le fer : Fe + 2 H⁺ → Fe²⁺ + H2 (H2 détone à la flamme ; Fe²⁺ donne un précipité vert avec la soude).
• Une équation est équilibrée quand les atomes ET les charges sont les mêmes des deux côtés.

★ Pour aller plus loin

L'échelle de pH a été inventée en 1909 par le chimiste danois Søren Sørensen, au laboratoire de la brasserie Carlsberg. Quand le pH baisse d'une unité, il y a dix fois plus d'ions H⁺ : un vinaigre de pH 3 en contient 10 × 10 × 10 × 10 = 10 000 fois plus que l'eau pure.

Certaines plantes sont des indicateurs colorés : le jus de chou rouge vire au rose dans un acide et au vert dans une base ; les hortensias fleurissent plutôt bleus en sol acide, roses en sol basique.

En absorbant une partie du dioxyde de carbone que nous rejetons, l'océan a vu son pH moyen passer d'environ 8,2 à environ 8,1 depuis le début de l'ère industrielle : environ 25 % d'ions H⁺ en plus, assez pour gêner coraux et coquillages.

Sources pour creuser

• Un chimiste en cuisine, Raphaël Haumont (Dunod).
• Casseroles et éprouvettes, Hervé This (Belin).
• Chaîne YouTube Les Bons Profs : cherche « pH 3e » et « réaction acide métal ».
• Chaîne YouTube C'est pas sorcier : cherche les épisodes sur la chimie.
• lumni.fr : cherche « acides et bases » ou « pH ».
• fondation-lamap.org (La main à la pâte) : expériences sans danger, dont le chou rouge.