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Leçon de chimie n°7 (agrégation 2011) :
Indicateurs colorés acido-basiques : étude, choix pour un dosage acide-base (L).

Transcription des notes manuscrites de préparation à l'agrégation. Les schémas et le détail des calculs sont dans le document original : télécharger la leçon manuscrite (PDF, 2 pages).

Remarques du jury

pK_a et pente de la courbe ; écart entre valeurs expérimentales et tabulées.

Prérequis

Spectrophotométrie, loi de Beer-Lambert, acide-base, pK_a, dosage acide fort/base forte.

Caractéristiques d'un indicateur coloré

Mise en évidence expérimentale

Jus de chou rouge dans des solutions de pH 0, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 12.

Définition

• Espèce dont la couleur dépend du pH ;
• molécule organique ;
• monocolore (InH ou In⁻ coloré) ou bicolore (les deux).

Domaines de prédominance

\(\mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a + \log\dfrac{[\mathrm{In^-}]}{[\mathrm{HIn}]}\) : couleur 1 si HIn prédomine, couleur 2 si In⁻ prédomine ; zone de virage entre [HIn] = 10 [In⁻] et [In⁻] = 10 [HIn], où l'on voit la teinte sensible, mélange des deux couleurs. Tableau des zones de virage et couleurs.

Détermination du pK_a du BBT (Porteu)

Spectrophotométrie de solutions de BBT à pH = 1, 7 et 14 à concentration C₀ fixée. Loi de Beer-Lambert : \(A_1 = \varepsilon_{AH}(\lambda)lC_0\), \(A_2 = \varepsilon_{A^-}(\lambda)lC_0\), \(A_3 = l(\varepsilon_{AH}[\mathrm{AH}] + \varepsilon_{A^-}[\mathrm{A^-}])\), d'où \(\dfrac{[\mathrm{A^-}]}{[\mathrm{AH}]} = \dfrac{A_1 - A_3}{A_3 - A_2}\) et \(\mathrm{p}K_a = \mathrm{pH} + \log\dfrac{A_3 - A_2}{A_1 - A_3} \approx 7\).

Remarque : point isobestique, où à C₀ fixée A(λ) est indépendante du pH.

Utilisation d'un indicateur coloré pour les titrages acido-basiques

Rappel

Définitions de dosage et titrage.

Choix de l'indicateur

Zone de virage : l'indicateur doit virer dans le saut de pH. Si le saut est grand, l'indicateur n'est pas forcément au milieu ; en dehors du saut, il est mauvais. On doit donc avoir une idée de l'équivalence et du pH.

Précision : pour un saut peu marqué, incertitude sur V_eq ; saut net : pas d'incertitude (à la goutte près).

Sensibilité : [Ind] très faible pour ne pas modifier le système, donc ε(λ) très grand.

Intérêt : simple et précis, procédure normalisée, papier pH ; virage possible pour pH > 12 où le pH-mètre est imprécis.

Titrage acide fort par base forte

Titrage de HCl par la soude en présence de BBT.

Conclusion : il existe des indicateurs en potentiométrie (o-phénantroline) et en complexométrie (Fe(SCN)²⁺).

Bibliographie

• Durupthy, TS
• Porteu-de Buchère, L'épreuve orale de chimie