Les ions et le pH

Introduction

L’eau du robinet contient du calcium, du magnésium, du chlorure… mais sous une forme particulière : ce sont des ions. Et quand on parle d’un produit « acide » comme le citron ou « basique » comme le savon, on parle de son pH.

Dans ce chapitre, tu vas apprendre ce qu’est un ion, comment identifier les ions par des tests, et ce que mesure le pH d’une solution.

I. Les ions : cations et anions

Un atome est électriquement neutre : il contient autant de charges positives (dans son noyau) que de charges négatives (ses électrons).

Un ion se forme quand un atome gagne ou perd un ou plusieurs électrons :

• s’il perd des électrons, il devient un cation (ion positif) ;
• s’il gagne des électrons, il devient un anion (ion négatif).

Quelques ions à connaître. Cations : ion sodium Na⁺, ion cuivre II Cu²⁺, ion fer II Fe²⁺, ion fer III Fe³⁺, ion hydrogène H⁺. Anions : ion chlorure Cl⁻, ion hydroxyde OH⁻.

La charge s’écrit en exposant à droite du symbole : le « 2+ » de Cu²⁺ signifie que l’ion porte deux charges positives (l’atome a perdu 2 électrons).

II. Identifier les ions par des tests

Certains ions, invisibles en solution, peuvent être identifiés : on ajoute un réactif qui forme un précipité (un solide) d’une couleur caractéristique.

Ion recherché	Réactif ajouté	Résultat du test
ion chlorure (Cl⁻)	nitrate d’argent	précipité blanc qui noircit à la lumière
ion cuivre II (Cu²⁺)	soude (hydroxyde de sodium)	précipité bleu
ion fer II (Fe²⁺)	soude	précipité vert
ion fer III (Fe³⁺)	soude	précipité rouille (orangé)

Méthode. Si l’ajout de soude à une solution donne un précipité bleu, c’est qu’elle contient des ions cuivre II. Si aucun précipité n’apparaît, c’est que l’ion recherché n’est pas présent.

III. L’acidité et le pH

Le pH est un nombre, compris entre 0 et 14, qui mesure l’acidité d’une solution. On le mesure avec du papier pH ou un pH-mètre.

• une solution est acide si son pH < 7 (exemples : jus de citron, vinaigre) ;
• une solution est neutre si son pH = 7 (l’eau pure) ;
• une solution est basique si son pH > 7 (eau savonneuse, déboucheur).

L’acidité est liée aux ions présents : une solution acide contient beaucoup d’ions H⁺ ; une solution basique contient beaucoup d’ions OH⁻.

Dilution. Quand on ajoute de l’eau à une solution acide, son pH augmente et se rapproche de 7 (elle devient moins acide). Quand on dilue une solution basique, son pH diminue et se rapproche de 7.

Sécurité. Les solutions très acides (pH proche de 0) ou très basiques (pH proche de 14) sont corrosives : on porte des lunettes et des gants, et on ne touche jamais le produit à mains nues.

L’essentiel à retenir

À retenir.

• Un ion est un atome qui a perdu des électrons (cation +) ou gagné des électrons (anion −).
• On identifie des ions par des tests : la soude donne un précipité bleu (cuivre II), vert (fer II) ou rouille (fer III) ; le nitrate d’argent donne un précipité blanc (chlorure).
• Le pH va de 0 à 14 : acide si pH < 7, neutre si pH = 7, basique si pH > 7.
• Une solution acide est riche en ions H⁺, une solution basique en ions OH⁻.

Exercices

Exercice 1 — Cation ou anion ?

Pour chaque ion, indique s’il s’agit d’un cation ou d’un anion, et combien d’électrons l’atome a gagnés ou perdus :

1. Na⁺
2. Cl⁻
3. Cu²⁺
4. Fe³⁺

Exercice 2 — Identifier les ions d’une eau

On analyse une eau prélevée près d’une ancienne mine. On réalise deux tests :

• Test 1 : ajout de nitrate d’argent → apparition d’un précipité blanc.
• Test 2 : ajout de soude → apparition d’un précipité rouille.

1. Quel ion est mis en évidence par le test 1 ? Écris sa formule.
2. Quel ion est mis en évidence par le test 2 ? Écris sa formule.

Exercice 3 — Acide, neutre ou basique ?

On mesure le pH de quatre produits :

1. Coca-Cola : pH = 2,5
2. Eau distillée : pH = 7
3. Eau de Javel : pH = 11
4. Lait : pH = 6,5

Classe chaque produit en acide, neutre ou basique.

Exercice 4 — La dilution

On dispose d’une solution acide de pH = 3. On y ajoute une grande quantité d’eau.

1. Le pH va-t-il augmenter ou diminuer ?
2. La solution devient-elle plus ou moins acide ?

Exercice 5 — Les ions et l’acidité

Réponds par H⁺ ou OH⁻ :

1. Quel ion est présent en grande quantité dans une solution acide ?
2. Quel ion est présent en grande quantité dans une solution basique ?

Corrigés

Corrigé de l’exercice 1

1. Na⁺ : cation (positif) ; l’atome a perdu 1 électron.
2. Cl⁻ : anion (négatif) ; l’atome a gagné 1 électron.
3. Cu²⁺ : cation ; l’atome a perdu 2 électrons.
4. Fe³⁺ : cation ; l’atome a perdu 3 électrons.

Corrigé de l’exercice 2

1. Le test au nitrate d’argent donnant un précipité blanc met en évidence les ions chlorure, de formule Cl⁻.
2. Le test à la soude donnant un précipité rouille met en évidence les ions fer III, de formule Fe³⁺ (cohérent avec une eau près d’une mine).

Corrigé de l’exercice 3

1. Coca-Cola : pH = 2,5 < 7 → acide.
2. Eau distillée : pH = 7 → neutre.
3. Eau de Javel : pH = 11 > 7 → basique.
4. Lait : pH = 6,5 < 7 → acide (faiblement).

Corrigé de l’exercice 4

1. En ajoutant de l’eau, le pH augmente (il se rapproche de 7).
2. La solution devient moins acide.

Corrigé de l’exercice 5

1. Dans une solution acide, il y a beaucoup d’ions H⁺.
2. Dans une solution basique, il y a beaucoup d’ions OH⁻.