Les indicateurs colorés Exemple du BBT

Terminale S – Chimie
Chapitre 4
TP 4
Les indicateurs colorés
Exemple du BBT
1 – Généralités
1.1 – Définition
Un indicateur coloré de pH est un mélange d’espèces chimiques acido-basiques qui changent de couleur du
fait de l’évolution des proportions relatives de ces espèces en fonction du pH du milieu qui les renferme.
Généralement, la forme acide est noté HIn et la forme basique In–.
La zone de virage de l’indicateur se définit généralement par l’intervalle de pH dans lequel le rapport des
concentrations molaires des formes acide et basique est tel que

1  In 

 10
10  HIn 
1.2 – Cas du bleu de bromothymol (BBT)
La structure des formes acide et basique du BBT est la suivante. Pour simplifier, le BBT sera considéré
comme un monoacide.
SO 3
-
SO 3
+
+
C
C
HO
OH
Br
-
O
-
O
Br
Br
-
+
2H
+
Br
Forme basique In– bleue
Forme acide HIn jaune
Dans la littérature scientifique, la zone de virage du BBT est 6,0 – 7,6.
Pour pH < 6, la forme acide prédomine et le BBT est jaune ; pour pH > 7,6, la forme basique prédomine et
le BBT est bleu ; dans la zone de virage, le BBT est vert.
2 – Diagramme de distribution des formes acide et basique du BBT
2.1 – Absorbance du BBT
Longueurs d’ondes
absorbées (nm)
400-435
435-480
480-490
490-500
510-560
560-580
580-595
595-610
610-750
Couleur
« absorbée »
par le corps
Violet
Bleu
Bleu-verdâtre
Vert-bleuâtre
Vert
Vert-jaunâtre
Jaune
Orange
Rouge
Couleur
complémentaire
Vert-jaunâtre
Jaune
Orange
Rouge
Pourpre
Violet
Bleu
Bleu-verdâtre
Vert-bleuâtre
A
1,2
In-
1
0,8
HIn
0,6
0,4
0,2
0
350
450
550
650
750
l (nm)
a. Quelle est la longueur d’onde d’absorption maximale max de la forme acide ? de la forme basique ?
b. Nous règlerons le spectrophotomètre à la longueur d’onde  = 620 nm : que faut-il comprendre ?
2.2 – Diagramme de prédominance des espèces
Le diagramme de prédominance des espèces acide et basique de l’indicateur coloré se présente sous la
forme d’un axe gradué.
______ prédomine
6,0
zone 7,6
de
virage
______ prédomine
pH
c. Compléter le diagramme de prédominance du BBT.
 In  
d. Chercher la valeur minimale du rapport
pour que le BBT prenne sa couleur jaune.
 HIn
 In  
e. Chercher la valeur maximale du rapport
pour que le BBT prenne sa couleur bleue.
 HIn
2.3 – Diagramme de distribution des formes acide et basique
Le diagramme de distribution des formes acide et basique d’un indicateur coloré donne les pourcentages en
concentration des deux formes en fonction du pH du milieu.
Si l’on note Ci la concentration initiale en soluté apporté du BBT, les pourcentages en concentration sont
définis par
 In 
HIn


  HIn  
 100
et
  In  
 100
Ci
Ci
3 – Etude expérimentale : diagramme de distribution des formes acide et basique du BBT
3.1 – Principe de l’étude
Pour déterminer le domaine de prédominance des formes acide HIn et basique In– du BBT, il faut disposer
de solutions de cet indicateur dans lesquelles les quantités en forme acide HIn et en forme basique In- sont
variables. La concentration molaire en indicateur apportée reste, elle, constante.
Une série de solutions Si de pH croissant est préparée à partir de la solution de Britton-Robinson1, d’une
solution de soude et d’une quantité initiale constante de BBT.
La série de solutions Si a une coloration bien visible, ce qui justifie la spectrophotométrie.
On choisit un domaine de longueur d’onde où seule la forme basique de l’indicateur absorbe : c’est le
cas à  = 620 nm, qui correspond au maximum d’absorption de cette espèce. Il est alors aisé, par la mesure
de l’absorbance des solutions précédemment préparées, de tracer la courbe de l’évolution des
concentrations molaires des formes acide et basique du BBT en fonction du pH.
3.2 – Préparation des solutions Si
La solution de BBT utilisée pour la préparation des solutions Si a une concentration en BBT apporté Co =
3,0.10–4 mol.L–1.
La solution de soude (Na+(aq) + HO–(aq)) a une concentration en soluté apporté Cb = 1,0.10–1 mol.L–1.
Protocole expérimental
Prélever à l’aide de la pipette jaugée, un volume V = 20,0 mL de solution de Britton-Robinson, et les
mettre dans un premier petit bécher.
Ajouter dans ce bécher, à la burette graduée, le volume Vi de solution de soude selon les indications
figurant, pour chaque solution Si, dans le tableau synoptique (voir 3.3).
1
La solution de Britton–Robinson se fabrique à partir d’acide phosphorique 1M (25 mL), d’acide acétique 1M (25 mL), d’acide borique 0,1M (250 mL) et d’eau
distillée (q.s.p. 2 L). Ces proportions confèrent à la solution a la propriété d’avoir un pH qui varie presque linéairement avec la concentration en ions
hydroxyde HO– ajoutés par la soude.
2
Prélever à la pipette jaugée 10,0 mL de la solution de ce premier bécher et les mettre dans un second
bécher.
Ajouter dans ce second bécher 1,0 mL de solution de BBT. Vous avez la solution Si.
 Mesurer le pH de la solution (Si).
 Mesurer l'absorbance de la solution (Si) à l’aide du spectrophotomètre réglé à la longueur d’onde  =
620 nm. Attention : Faire le blanc. Rincer la cuve avec la solution (Si) et utiliser les mêmes cuves.
Consigner les valeurs mesurées de l’absorbance et du pH dans le tableau fourni à la fin
Chaque groupe de deux élèves prend en charge 1 ou 2 solutions ; les résultats sont mis en commun et
exploités par tous.
Toutes les mesures de pH sont effectuées avec le même pH-mètre.
pourquoi ?
Toutes les mesures d'absorbance sont effectuées avec le même spectrophotomètre.
3.3 – Mesures
solution
Vi (mL)
(Si)
1
4,00
2
4,50
3
5,00
4
5,50
5
6,00
6
6,50
7
7,00
8
7,50
9
8,00
10
8,50
11
9,00
12
9,50
pH
A
[HIn]
[In-]
(10 mol.L-1) (10–5 mol.L-1)
–5
 (In–)
%
(HIn)
%
3.4 – Exploitation des mesures
a. Ecrire l’équation de la réaction entre la forme acide du BBT et l’eau.
b. Exprimer la constante d’équilibre de la réaction précédente. Comment l’appelle-t-on dans ce cas ?
c. Déterminer la valeur de la concentration initiale Ci en BBT apporté pour chacune des solutions Si
(Rappel : Ci est la même pour toutes les solutions Si).
d. En appliquant le principe de conservation de la matière, exprimer la concentration Ci en fonction de
[HIn] et de [In–].
e. Exprimer [In–] en fonction de l’absorbance A à l’aide de la loi de Beer-Lambert. A partir de la
valeur Amax de A pour laquelle on peut considérer que [In–] = Ci, déterminer la valeur de la
constante de Beer-Lambert, k.
f. Exprimer [In–] et [HIn] en fonction de A, Amax et de Ci.
g. Remplir les colonnes du tableau.
h. Tracer le diagramme de distribution attendu (échelle : 1 cm pour 0,5 unités de pH en abscisses et 1
cm pour 10 % en ordonnées).
i. A l’aide du diagramme et en expliquant, déterminer la zone de virage du BBT.
j. Etablir la relation entre pH, pKa, [HIn] et [In–] en partant de la définition de la constante d’acidité
Ka, puis montrer qu’un point particulier du diagramme permet d’obtenir le pKa du couple (HIn/In–).
k. Donner la valeur de la constante d’acidité Ka du couple (HIn/In–).
3