Les propriétés dues à la présence de l’ion H₃O⁺ dans une solution sont appelées propriétés acides. Mais l’acidité d’une solution dépend non seulement de l’existence, mais aussi la concentration des ions H₃O⁺ dans cette solution.

21.1.1 Définition du pH

La concentration des ions hydronium H₃O⁺  dans une solution est, en général, petite et s’exprime  le plus souvent sous la forme d’une puissance négative de 10.
10^-14 molL^-1 <  H₃O⁺   < 1molL^-1.
L’utilisation des valeurs numériques des concentrations H₃O⁺   est peu commode. Cette observation a conduit en 1909 le chimiste danois Soerensen à associer à la concentration H₃O⁺   une nouvelle grandeur appelée pH.

Définition.

Le pH d’une solution aqueuse est défini, à partir de la concentration H3O+ dans la solution, exprimée en molL^-1, par la relation :

H₃O⁺    = 10^-pH.
 

Exemples.

Si H₃O⁺   = 10^-2, pH = 2.
Pour une solution de pH = 3,
H₃O⁺  = 10^-3 molL^-1

Remarque.
1. L’abréviation pH vient de l’expression «  potentiel Hydrogène ». La lettre p est minuscule, la lettre H, majuscule.
2. Le pH d’une solution n’a pas d’unité. C’est un nombre positif qui n’est pas forcément entier.
3. D’après la définition du pH, H₃O⁺   et pH varient en sens contraires ; plus H₃O⁺   est élevé, plus le pH est petit.
Donc une solution est d’autant plus acide que sa concentration H₃O⁺   est grande et son pH faible, comme le montre l’échelle suivante.

4. L’utilisation de la relation H₃O⁺    = 10^-pH est facile si la concentration H₃O⁺    peut se mettre sous la forme 10 ^{– a} ou si le pH est un nombre entier. (Voir exemples ci-dessus). Dans le cas contraire, il faut utiliser une machine à calculer scientifique et procéder comme suit :
Calcul de la concentration des ions H₃O⁺   connaissant le pH de la solution
Prenons l’exemple d’une solution de pH=4,2. D’après la définition du pH,
H₃O⁺    = 10^-4,2.
Cette réponse, bien que juste, ne nous permet pas de voir l’ordre de grandeur réel de
la concentration. Sur une calculatrice,
i. On compose le nombre décimal négatif (-4,2).
ii. On appuie sur la touche 10^x
iii. On trouve : 6,31×10^-5. La valeur de la concentration cherchée est 6,31×10^-5 molL^-1.
„ Calcul du pH connaissant la concentration H₃O⁺   
Soit à déterminer le pH d’une solution dont la concentration H₃O⁺    = 0,004molL^-1.
Pour cette opération, on utilise la touche «  log » (à ne pas confondre avec la touche
ln).
i. On appuie sur la touche < log >.
ii. On écrit la valeur 0,004.
iii. On prend l’opposé du nombre obtenu en appuyant sur la touche +/-.
iv. On trouve 2,3979 ≈ 2,4 qui est la valeur du pH cherché.

5. La relation

H₃O⁺   = 10^-pH

n’est valable que pour des solutions dont les concentrations H₃O⁺   sont inférieures ou égales à 0,1molL^-1.