⚗ Physique-chimie pour la santé · Chimie Première STI2S · Chapitre 2

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 $7$.

01234567891011121314suc gastriquepeausangsuc pancréatique? de plus en plus acideneutrede plus en plus basique ?
Échelle de pH (à 25 °C) et quelques liquides biologiques.

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

LiquidepH
Suc gastrique1,5 à 3
Peauenviron 5,5
Urine5 à 7
Sang7,35 à 7,45
Suc pancréatiqueenviron 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

Matérieldeux béchers, pH-mètre, $50$ mL d'eau distillée, $50$ mL de solution tampon de pH $7{,}4$, acide chlorhydrique dilué, compte-gouttes.
ProtocoleOn mesure le pH de chaque liquide, puis on ajoute $10$ gouttes d'acide chlorhydrique dans chacun, on agite et on mesure à nouveau.
ObservationLe pH de l'eau passe d'environ $7$ à $3$ ; celui de la solution tampon passe de $7{,}4$ à $7{,}2$ seulement.
InterprétationLa base du couple tampon réagit avec les ions $\text{H}_3\text{O}^+$ ajoutés et limite la variation du pH : c'est ainsi que le sang maintient son pH presque constant.

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).

S'entraîner

Exercices corrigés

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1

Calculer un pH

★☆☆

Une solution a $[\text{H}_3\text{O}^+] = 1{,}0 \times 10^{-3}$ mol/L. Calculer son pH. Est-elle acide ?

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2

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 $\text{H}_3\text{O}^+$ ?

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3

Rôle du tampon sanguin

★★☆

Pendant un effort, les muscles produisent de l'acide lactique. Pourquoi le pH sanguin varie-t-il peu ?

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4

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 $7{,}4$).

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5

Concentration à partir du pH

★☆☆

Une solution a un pH de $4$. Calculer $[\text{H}_3\text{O}^+]$.

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6

Ions oxonium dans le sang

★★☆

Calculer $[\text{H}_3\text{O}^+]$ dans le sang à pH $7{,}4$.

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7

Acidose

★☆☆

Le pH sanguin d'un patient est de $7{,}25$. Que peut-on conclure ?

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8

Diluer un acide

★★☆

On dilue $10$ fois une solution d'acide chlorhydrique de pH $2$. Quel est le nouveau pH ?

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9

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 ?

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10

Papier pH ou pH-mètre

★☆☆

Pour vérifier le pH du sang (entre $7{,}35$ et $7{,}45$), peut-on utiliser du papier pH ?

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11

Équation de neutralisation

★★☆

Écrire l'équation de la réaction entre les ions oxonium et les ions hydroxyde.

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12

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 ?

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13

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.

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14

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 ?

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15

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) ?

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16

Pictogramme corrosif

★☆☆

Que signale le pictogramme représentant une main et une surface rongées par un liquide ? Quelles précautions prendre ?

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17

Diluer un acide concentré

★★☆

Pourquoi verse-t-on l'acide dans l'eau et non l'eau dans l'acide ?

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18

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 $\text{H}_3\text{O}^+$ ?

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19

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 ?

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20

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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Vérifier

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