Les indicateurs colorés - Le Repaire des Sciences

Les indicateurs colorés
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
10
10
In
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.
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)
Couleur
« absorbée »
par le corps
Couleur
complémentaire
400-435 Violet Vert-jaunâtre
435-480 Bleu Jaune
480-490 Bleu-verdâtre Orange
490-500 Vert-bleuâtre Rouge
510-560 Vert Pourpre
560-580 Vert-jaunâtre Violet
580-595 Jaune Bleu
595-610 Orange Bleu-verdâtre
610-750 Rouge Vert-bleuâtre
OH
C+
OH
Br Br
SO3
-
O-
C+
O-
Br Br
SO3
-
+
2 H+
Forme acide HIn jaune Forme basique In
–
bleue
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
350 450 550 650 750
l (nm)
A
In-
HIn
Term S – Chimie
Chap. 4 Activité expérimentale

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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.
c. Compléter le diagramme de prédominance du BBT.
d. Chercher la valeur minimale du rapport
In
HIn
pour que le BBT prenne sa couleur jaune.
e. Chercher la valeur maximale du rapport
In
HIn
pour que le BBT prenne sa couleur bleue.
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 Cila concentration initiale en soluté apporté du BBT, les pourcentages en concentration sont
définis par
100
i
HIn
HIn C
  et
100
i
In
In C
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.
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). Cette solution a la propriété d’avoir un pH qui varie linéairement
avec la concentration en ions hydroxyde HO–ajoutés avec la soude.
pH
6,0 7,6
______ prédomine ______ prédomine
zone
de
virage

3
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 = 20,00 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).
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.
3.3 – Mesures
solution
(Si)Vi (mL) pH A[In-] (10–5 mol.L-1)
[HIn]
(10–5 mol.L-1)
 (In–)
%
(HIn)
%
1 4,00 4,8 0,000
2 4,50 5,2 0,000
3 5,00 5,8 0,004
4 5,50 6,3 0,013
5 6,00 6,7 0,260
6 6,50 7,0 0,420
7 7,00 7,3 0,630
8 7,50 7,8 0,890
9 8,00 8,2 1,051
10 8,50 8,7 1,089
11 9,00 8,8 1,094
12 9,50 11,0 1,094
3.4 – Exploitation des mesures
f. Ecrire l’équation de la réaction entre la forme acide du BBT et l’eau.
g. Exprimer la constante d’équilibre de la réaction précédente. Comment l’appelle-t-on dans ce cas ?
h. 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).
i. En appliquant le principe de conservation de la matière, exprimer Ci en fonction de [HIn] et de [In–
].
j. 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.
k. Exprimer [In–] et [HIn] en fonction de A, Amax et de Ci.
l. Remplir les colonnes du tableau.
m. Tracer le diagramme de distribution attendu (échelle : 1 cm pour 0,5 unités de pH en abscisses et 1
cm pour 10 % en ordonnées).
n. A l’aide du diagramme, déterminer la zone de virage du BBT en expliquant.
o. 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–).
p. Donner la valeur de la constante d’acidité Ka du couple (HIn/In–).