Les couleurs du bleu de bromothymol : un indicateur sous la loupe

L'exercice 2 du bac S Métropole 2008, noté sur 6,5 points (environ 1 h 18), est le plus long de l'épreuve. Il suit le bleu de bromothymol, ou BBT, du titrage où on l'utilise jusqu'à la détermination de son pKA par spectrophotométrie. Quatre parties : un titrage acido-basique, le couple HIn/In⁻, la mesure du pKA, puis le retour au titrage pour justifier le choix de l'indicateur.

Partie 1 : titrage de la soude

La réaction support est HO⁻ + H3O⁺ → 2 H2O ; les ions sodium et chlorure sont spectateurs et n'apparaissent pas. Les couples mis en jeu sont H3O⁺/H2O et H2O/HO⁻, l'eau étant une espèce amphotère. À l'équivalence, réactif titré et réactif titrant ont été introduits dans les proportions stœchiométriques. On en déduit CB × VS = CA × VE, soit CB = 1,00 × 10⁻¹ × 12,3 / 10,0 = 1,23 × 10⁻¹ mol·L⁻¹, avec trois chiffres significatifs.

Partie 2 : le couple de l'indicateur

L'acide HIn cède un proton à l'eau : HIn + H2O ⇌ In⁻ + H3O⁺, réaction limitée. La constante d'acidité s'écrit KA = [In⁻]éq × [H3O⁺]éq / [HIn]éq. Le piège classique est d'y faire figurer l'eau, qui est le solvant.

Partie 3 : détermination du pKA

Spectres et couleurs

Sur la figure 1, l'absorbance de In⁻ est maximale vers 610 nm. Sur l'étoile des couleurs, cette longueur d'onde se situe dans l'orangé ; la couleur perçue étant diamétralement opposée, la forme basique est bleue. On règle le spectrophotomètre à λ0 ≈ 610 nm, où la forme acide n'absorbe quasiment pas.

Concentrations et absorbance

La quantité de BBT apportée vaut c0 × V0 = 3,0 × 10⁻⁴ × 1,0 × 10⁻³ = 3,0 × 10⁻⁷ mol, à condition de convertir V0 en litres. Le volume total étant V + V0 = 11,0 mL, la concentration apportée est c = 2,7 × 10⁻⁵ mol·L⁻¹ : diviser par 10,0 mL seulement est une erreur fréquente. À λ0, l'absorbance se réduit à celle de In⁻. Dans S13, l'indicateur est sous forme basique, donc Amax = k × c, et le rapport des deux relations donne [In⁻]éq = (A / Amax) × c.

Lecture du pKA

Les deux courbes de distribution se croisent vers pH ≈ 7,2. En ce point, [HIn]éq = [In⁻]éq, et l'expression de KA se simplifie en KA = [H3O⁺]éq, soit pKA = pH ≈ 7,2. La forme acide prédomine en dessous, la forme basique au-dessus. Les teintes, elles, sont fixées par pKA − 1 = 6,2 et pKA + 1 = 8,2 : jaune en dessous de 6,2, bleu au-dessus de 8,2, vert dans la zone de virage. Il ne faut pas confondre frontière de prédominance et limites de teintes.

Partie 4 : retour au titrage

Avant l'équivalence, les ions hydroxyde sont en excès dans l'erlenmeyer : la solution est bleue. Le pH diminue au cours du titrage, le virage se fait donc du bleu vers le vert puis le jaune. Le pH à l'équivalence, égal à 7, appartient à la zone de virage de 6,2 à 8,2 : le BBT convient.

Conseils

Soignez les conversions de volumes, justifiez chaque lecture graphique et appuyez-vous sur le tableau de mesures pour vérifier vos conclusions sur les couleurs.