Ce chapitre s'adresse aux aquariophiles les plus expérimentés, possédant quelques notions de chimie et désireux d'approfondir leurs connaissances afin de mieux maitriser la qualité de l'eau des aquariums.
Le néophyte peut survoler les formules chimiques et s'attarder seulement sur les remarques ou conclusions concernant le pH.
• Le pH ou potentiel Hydrogène définit le degré d'acidité ou d'alcalinité d'un milieu, il représente la concentration d'un milieu en moles d'ions oxonium H3O+.
Une molécule d'eau est composée de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène qui se transforme en deux ions que sont l'oxonium acide H3O+ et l'hydroxyde basique HO- :
2H2O ⇨ H3O + HO-
Pour représenter la concentration d'un milieu en moles d'ions oxonium H3O+, le pH est défini scientifiquement par le cologarithme de la concentration en ions H3O+.
Avec un taux de concentration [H3O+] en mol/L de l'élément oxonium dans un litre du milieu, le pH de celui-ci est de :
pH = colog[H3O+] = log(1/[H3O+]) = - log[H3O+] soit : pH = −log[H3O+]
Ainsi, si la concentration en H3O+ est de 10-6 mol/L, le pH est égal à 6.
En effet : pH = - log(10-6) = - log(1/106) = log(106) = 6
• Le pH est un nombre sans dimension et son échelle de grandeur est logarithmique, ce qui signifie que si une eau devient dix fois plus acide son pH diminue seulement d'une unité.
La formule précédente indique qu'une solution dont la concentration en ion H3O+ est de 10−n, son pH est égal à n.
• La constante d'équilibre Ke de la dissociation de l'eau, est le produit de la concentration des ions oxonium H3O+ par la concentration des ions hydroxyde OH−. Ce produit est une constante, il est à 25 °C égal à 10−14.
Ke = [H3O+]*[OH-] = 10-14
Une eau est neutre, ni acide, ni alcaline, lorsque les concentrations de chacun de ces ions H3O+ et HO- sont identiques, ces concentration sont très faibles et sont égales à 10−7 moles par litre d'eau.
• Le pH d'un milieu, quelconque soit-il, est toujours compris entre 0 et 14.
Une très faible quantité d'eau est toujours naturellement dissociée dans un aquarium et la quantité d'ions libres H3O+ détermine le niveau d'acidité de cette eau.
Un milieu acide est caractérisé par une concentration d'ions H3O+ plus importante que celle des ions HO-, son pH est inférieur à 7. Le pH d'un acide fort est de 1 ou 2, l'acide carbonique n'est pas un acide fort, son pH est de 4.
Un milieu basique ou alcalin présente au contraire une concentration d'ions HO- plus grande que celle des ions H3O+, son pH est supérieur à 7. Le pH d'une base forte est de 12 ou 13, le bicarbonate de soude n'est pas une base forte, son pH est de 9.
Le pH de l'eau de mer est de 8 en moyenne, c'est donc un milieu alcalin qui renferme : 10-8 ions H3O+ et 10-6 ions HO-.
A 25 °C, le pH de l'eau pure est de 7, il est dit neutre. L'ajout de certains produits « acides » va abaisser le pH par augmentation du nombre d'ions hydronium ; à l'inverse, l'ajout de certains produits « basiques » va provoquer une réaction dans l'autre sens en favorisant la présence d'ions hydroxyde et augmenter ainsi le pH.
L'eau est soit un acide, soit une base. Les ions oxonium H3O+ et hydroxyde HO- sont très réactifs, ils peuvent attaquer d'autres matériaux et les dissoudre.
Top ▲| Milieu acide | Neutre | Milieu basique | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| [H3O+] | 1 | ... | 10-5 | 10-6 | 10-7 | 10-8 | 10-9 | ... | 10-14 |
| pH | 0 | ... | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | ... | 14 |
| [HO] | 10-14 | ... | 10-9 | 10-8 | 10-7 | 10-6 | 10-5 | ... | 1 |
Cette échelle de valeur montre que lorsque le pH varie d'une unité, l'acidité ou l'alcalinité varie dans un rapport de 10. Un pH de 6 est donc cent fois plus acide qu'un pH de 8. Ainsi on comprend qu'une variation du pH de 5 ou 6 dixièmes, de 7,4 à 7,9 par exemple, peut poser des problèmes aux animaux ou aux plantes les plus fragiles. Cette difficulté est accrue lors de l'introduction sans précaution dans nos aquariums de pensionnaires provenant d'une eau de pH très différent, provoquant un traumatisme souvent fatal.
Plus le pH est faible et plus il faut introduire d'ions acide H3O+ pour continuer à l'abaisser d'un même intervalle de pH. Ainsi il faudra bien plus d'acidifiant pour passer d'un pH de 6,6 à 6,4 que pour passer d'un pH de 7,4 à 7,2.
De même, plus le pH est élevé et plus il faut introduire d'ions alcalin HO- pour continuer à l'augmenter d'un même intervalle de pH. Ainsi il faudra bien plus d'alcalinisant pour passer d'un pH de 7,6 à 7,8 que pour passer d'un pH de 7,2 à 7,4.