Bien qu'il existe de nombreux couples rédox en chimie, lorsque nous parlons d'hydrogène, d'eau et d'ORP, nous avons affaire à un couple rédox spécifique, le couple rédox H+/H2 4. Nous avons montré précédemment l'équation qui peut être utilisée pour décrire la réaction rédox dans laquelle deux hydrogènes les ions (2H+ ) acceptent deux électrons (2e-) pour former une molécule de gaz H2.
Maintenant, dans l'équation 3, vous pouvez voir les deux espèces qui composent le couple rédox. « H+ » est la forme oxydée de l'hydrogène, qui elle-même ne contient aucun électron, et « H2 » est la forme réduite, qui contient deux électrons (voir Figure 3). Puisque l’ion H+ est un proton unique qui ne peut pas donner d’électrons, il ne peut agir que comme oxydant et accepter des électrons.
À l’inverse, puisque la molécule H2 contient deux électrons, elle peut (dans de bonnes conditions) les donner et agir comme agent réducteur (ou antioxydant). Nous verrons plus tard comment la présence simultanée de gaz H2 et d’ions H+ dans l’eau crée un ORP négatif.
pH
Comme nous le verrons plus loin, le pH de l’eau hydrogénée testée a une forte influence sur la mesure de l’ORP. Il est donc important de comprendre certains concepts de base concernant le pH.
Les ions hydrogène sont le composant acide de l’eau. Plus la concentration en ions H+ est élevée, plus l’eau est acide. La valeur du pH, qui signifie « potentiel d'hydrogène » (du latin « potentiahydrogenii »), est une mesure de la concentration d'ions hydrogène (H+) dans l'eau. Lorsque l’on considère les atomes, les molécules, les ions, etc. en termes quantitatifs, les nombres peuvent devenir extrêmement grands ou petits.
L'échelle de pH a donc été développée comme un moyen pratique d'exprimer ces types de nombres en puissances de dix (exposants), plutôt que d'utiliser des expressions mathématiques équivalentes (mais plus lourdes) telles que 1×10-7 ou 0,0000001.
L'échelle du pH, qui va de 0 à 14, est une échelle logarithmique dans laquelle la concentration en ions H+ est exprimée par une puissance négative de 10. L'équation 4 est l'équation permettant de calculer la valeur du pH.
Puisque le pH est une fonction logarithmique, toute variation du pH de 1 représente une multiplication par dix de la concentration en ions hydrogène. En conséquence, des changements très importants dans la concentration de H+ sont exprimés en puissances de dix.
La présence du signe moins devant la fonction « log » permet d’exprimer le pH uniquement en nombres positifs par commodité, mais signifie également que les augmentations de pH représentent des diminutions de concentration (et vice versa).
Le nom « hydrogène » peut faire référence à l’une des quatre manières différentes suivantes :
1) H+, ion hydrogène positif
2) H, atome d'hydrogène
3) H-, ion hydrogène négatif
4) H2, molécule d'hydrogène / hydrogène moléculaire
Le terme « pH » fait toujours référence à H+, l’ion hydrogène positif.
Un pH de zéro contient donc une très forte concentration d’ions H+, tandis qu’un pH de 14 présente une très faible concentration de H+. Le « potentiel de l’hydrogène » est souvent appelé à tort « le potentiel de l’hydrogène gazeux ». Cependant, le pH n’est pas associé au gaz H2 dissous.
L’ajout de gaz H2 pur à l’eau (par exemple par barbotage) ne modifie pas le pH de l’eau. Cependant, certains procédés de production d’eau hydrogène peuvent indirectement augmenter le pH de l’eau.
Par exemple, dans un ioniseur basique, lors de l’électrolyse de l’eau (qui réduit les ions H+ en gaz H2 à la cathode), le pH de l’eau est augmenté. Cependant, l’augmentation du pH n’est pas provoquée par la présence de gaz H2. La vraie raison est la consommation d’ions H+ (acide) et l’augmentation de la teneur en ions OH- (base).
Récemment, de nouvelles technologies d’eau hydrogénée ont été développées dans le but de maximiser la teneur en hydrogène dissous tout en produisant une eau avec un pH proche de la neutralité.
Le tableau 2 montre la relation entre le pH et la concentration en ions hydrogène. La concentration en ions H+ détermine si l’eau est acide (inférieure à 7) ou basique (au-dessus de 7), 7 représentant un pH neutre. Ce tableau nous aide à voir la relation exponentielle (logarithmique) entre le pH et le nombre réel (concentration) d'ions H+. L’ion H+ étant l’une des deux espèces du couple rédox, il n’est pas surprenant que le pH de l’eau ait une influence directe sur la mesure de l’ORP. Dans la section suivante, nous présenterons l'équation de Nernst, un outil mathématique qui nous aidera à évaluer cette influence.
Extrait du livre de Randy Sharpe : "La relation entre H2 dissous, pH et potentiel redox"
