Acides, bases et pH du corps humain
Échelle de pH et mesure, relation entre pH et concentration en ions oxonium, pH des liquides biologiques, réaction acide-base et antiacides, solutions tampons, sécurité.
1. Le pH
Définition
Le pH mesure l'acidité d'une solution aqueuse. Il est lié à la concentration en ions oxonium $\text{H}_3\text{O}^+$ : $$\text{pH} = -\log[\text{H}_3\text{O}^+] \qquad \Longleftrightarrow \qquad [\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-\text{pH}}$$ À $25\,{}^\circ\text{C}$, une solution est acide si pH $\lt 7$, neutre si pH $= 7$, basique si pH $\gt 7$.
Propriété
Quand le pH diminue d'une unité, la concentration en ions $\text{H}_3\text{O}^+$ est multipliée par $10$. Diluer une solution acide fait augmenter son pH vers $7$ ; diluer une solution basique le fait diminuer vers $7$.
Méthode · Mesurer un pH
Le papier pH donne une valeur approchée à l'unité près (comparaison de couleur) ; le pH-mètre, étalonné, donne le pH au dixième près.
2. pH des liquides biologiques
| Liquide | pH |
|---|---|
| Suc gastrique | 1,5 à 3 |
| Peau | environ 5,5 |
| Urine | 5 à 7 |
| Sang | 7,35 à 7,45 |
| Suc pancréatique | environ 8 |
Attention · Acidose et alcalose
Un pH sanguin inférieur à $7{,}35$ (acidose) ou supérieur à $7{,}45$ (alcalose) est pathologique.
3. Réactions acide-base
Définition
Un acide est une espèce capable de céder un ion $\text{H}^+$ ; une base, une espèce capable d'en capter un. La réaction entre les ions oxonium et hydroxyde est une neutralisation : $\text{H}_3\text{O}^+ + \text{HO}^- \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O}$.
Exemple · Antiacides
Un pansement gastrique contenant de l'hydroxyde de magnésium ou de l'hydrogénocarbonate de sodium neutralise l'excès d'acide de l'estomac : $\text{HCO}_3^- + \text{H}_3\text{O}^+ \rightarrow \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}$.
4. Solutions tampons
Définition
Une solution tampon a un pH qui varie peu par ajout modéré d'acide ou de base, ou par dilution. Le sang est tamponné, notamment par le couple $\text{CO}_2,\text{H}_2\text{O} / \text{HCO}_3^-$.
Expérience · Effet tampon
Attention · Sécurité
Acides et bases concentrés (détartrant, déboucheur) sont corrosifs : gants, lunettes, et on verse toujours l'acide dans l'eau, jamais l'inverse (projection due au fort échauffement).
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Exercices corrigés
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Calculer un pH
★☆☆Une solution a $[\text{H}_3\text{O}^+] = 1{,}0 \times 10^{-3}$ mol/L. Calculer son pH. Est-elle acide ?
Comparer des acidités
★★☆Le suc gastrique a un pH de $2$ et l'urine un pH de $6$. Combien de fois le suc gastrique est-il plus concentré en ions $\text{H}_3\text{O}^+$ ?
Rôle du tampon sanguin
★★☆Pendant un effort, les muscles produisent de l'acide lactique. Pourquoi le pH sanguin varie-t-il peu ?
Acide, neutre ou basique
★☆☆Classer : jus de citron (pH $2{,}5$), eau pure (pH $7$), eau savonneuse (pH $10$), lait (pH $6{,}7$), sang (pH $7{,}4$).
Concentration à partir du pH
★☆☆Une solution a un pH de $4$. Calculer $[\text{H}_3\text{O}^+]$.
Ions oxonium dans le sang
★★☆Calculer $[\text{H}_3\text{O}^+]$ dans le sang à pH $7{,}4$.
Acidose
★☆☆Le pH sanguin d'un patient est de $7{,}25$. Que peut-on conclure ?
Diluer un acide
★★☆On dilue $10$ fois une solution d'acide chlorhydrique de pH $2$. Quel est le nouveau pH ?
Diluer une base
★★☆Une solution de soude a un pH de $12$. Que devient son pH si on la dilue $10$ fois ? Peut-il devenir inférieur à $7$ en diluant encore ?
Papier pH ou pH-mètre
★☆☆Pour vérifier le pH du sang (entre $7{,}35$ et $7{,}45$), peut-on utiliser du papier pH ?
Équation de neutralisation
★★☆Écrire l'équation de la réaction entre les ions oxonium et les ions hydroxyde.
Pansement gastrique
★★☆Expliquer pourquoi la prise d'hydroxyde de magnésium $\text{Mg(OH)}_2$ soulage les brûlures d'estomac. Que devient le pH de l'estomac ?
Bicarbonate de soude
★★☆Quand on ajoute du bicarbonate de soude à du vinaigre, il se forme une effervescence. Quel gaz se dégage ? Écrire l'équation.
Peau et savon
★☆☆Le pH de la peau est d'environ $5{,}5$, celui d'un savon classique de $9$ à $10$. Pourquoi conseille-t-on des « pains sans savon » à pH neutre ou légèrement acide pour les peaux fragiles ?
Exploiter l'effet tampon
★★☆Dans l'expérience du cours, de combien la concentration en ions $\text{H}_3\text{O}^+$ a-t-elle été multipliée dans l'eau ? Dans la solution tampon (environ) ?
Pictogramme corrosif
★☆☆Que signale le pictogramme représentant une main et une surface rongées par un liquide ? Quelles précautions prendre ?
Diluer un acide concentré
★★☆Pourquoi verse-t-on l'acide dans l'eau et non l'eau dans l'acide ?
Comparer deux urines
★★☆Deux échantillons d'urine ont un pH de $5$ et de $6$. Lequel est le plus acide ? Dans quel rapport sont leurs concentrations en $\text{H}_3\text{O}^+$ ?
Hyperventilation
★★★Une personne qui respire trop vite élimine beaucoup de $\text{CO}_2$. Sachant que le $\text{CO}_2$ dissous est acide, comment varie le pH sanguin ? Comment s'appelle ce trouble ?
Vrai ou faux
★★☆a) Plus le pH est faible, plus la solution est acide. b) Diluer une solution acide diminue son pH. c) Le sang est légèrement basique.
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