Les indicateurs colorés | Définition

Cours de chimie – niveau classe de première S – partie « Couleurs et images – Matières colorées » (structure et propriétés de la matière)

Définition
Rôle d’un indicateur coloré de pH
Principe
Pourquoi un indicateur coloré change-t-il de couleur ?
Utiliser un indicateur coloré pour estimer le pH d’une solution
Le papier pH
Exemple d’indicateur coloré: l’hélianthine
Un indicateur coloré naturel: le jus de chou rouge

Définition

Un indicateur coloré de pH est une espèce chimique dont la couleur dépend du pH.

Il est aussi appelé indicateur acido-basique (le pH traduisant le caractère acide ou basique d’une solution) et sa sensibilité au pH implique que chacune de ses formes colorées porte une fonction acide ou basique.

Rôle d’un indicateur coloré de pH

Lorsqu’il est dissout dans une solution, la coloration qu’il lui donne permet de déterminer l’intervalle auquel appartient le pH.

Ainsi un indicateur coloré permet:

de donner une première indication de pH (sous forme d’intervalle) pour une solution de pH inconnu
de vérifier que le pH d’un milieu ne dépasse pas une valeur limite coïncidant avec le pH de transition entre deux formes colorées de l’indicateur (peut être utilisé par exemple pour l’eau d’une piscine, d’un aquarium etc)
si la transition entre les deux formes colorées de l’indicateur de fait pour un pH proche de 7 alors cet indicateur peut être utilisé pour distinguer les solutions acides (pH<7) des solutions basiques (pH>7).

Il peut aussi être utilisé pour réaliser un dosage acido-basique si ses caractéristiques sont adaptées à l’sspèce chimique dosée (voir cours de Terminale S)

Principe

Un indicateur est une espèce chimique organique pouvant exister sous plusieurs formes ( le plus souvent deux) acido-basiques.

Chacune de ces formes:

est une forme acide ou basique (ou une forme intermédiaire présentant à la fois un caractère acide et basique dite amphotère)
est caractérisée par sa propre couleur
est majoritaire (présente en proportion supérieure aux autres formes) pour un intervalle de pH donnée.

Lorsque l’indicateur coloré ne présente que deux formes colorées (dans la majorité des cas) alors:

la forme dite acide est majoritaire et impose sa couleur pour l’intervalle des pH les plus faible ( de pH=0 à pH= pHlimite).
la forme dite basique est majoritaire et impose sa couleur pour l’intervalle des pH les plus élevés ( de pH= pHlimite à pH= 14)

Transition, zone de virage

Pour chaque indicateur coloré il existe un intervalle de pH pour lequel coexistent les deux formes de l’indicateur coloré. Aucune des deux n’est nettement prédominante par rappport à l’autre et par conséquent la couleur résultante est un mélange de la couleur des deux formes. Cet intervalle de pH possède en général une amplitude proche d’une unité pH par conséquent il correspond environ à [ pHlimite – 0,5 ; pHlimite + 0,5]. L’obtention de cettte teinte intermédiaire permet une évaluation plus fine du pH d’une solution

Pourquoi un indicateur coloré change-t-il de couleur ?

La coloration d’une espèce organique est causée par la présence d’un système conjugué de doubles liaisons (groupements chromophores) associés à des groupements auxochromes.

Le passage d’une forme à l’autre de l’indicateur coloré modifie en général l’influence d’un groupement auxochrome qui joue aussi le rôle de fonction acide ou basique. Les longueurs d’ondes absorbées par les formes acide et basique sont ainsi différentes tout comme la coloration de chacune de ces formes.

Utiliser un indicateur coloré pour estimer le pH d’une solution

Il suffit de:

prélever un échantillon de la solution et le transvaser par exemple dans un tube à essai.
ajouter quelques gouttes d’indicateur coloré (suffisamment pour pouvoir observer une coloration mais en évitant d’ajouter une quantité trop importante qui pourrait modifier le pH de la solution et fausser le résultat)
observer la couleur du mélange
interpréter en indiquant si cette couleur est celle de la forme acide ou basique de l’indicateur coloré.
conclure en indiquant l’intervalle de pH auquel appartient la forme identifiée de l’indicateur coloré et auquel appartient aussi le pH de la solution.

Le papier pH

Le papier pH est une bandelette de papier qui a été imbibée de différents indicateurs colorés, sa couleur varie donc en fonction du pH et résulte du mélange des différentes espèces colorées majoritaires au pH testé.

Exemple d’indicateur coloré: l’hélianthine

Elle possède une forme acide de formule brute C₁₄H₁₅N₃O₃S et de couleur rouge tandis que la forme acide est jaune et a pour formule C₁₄H₁₄N₃O₃S^– .
Le pH qui délimite les zone de prédominance des deux espèces chimiques est pH = 3,4 (variable selon la température) avec une zone de transition qui s’étend de 3,2 à 4,4. Par conséquent:

Si le pH d’une solution aqueuse est inférieur à 3,2 alors l’héliantine la colore en rouge (la forme acide est prédominante)
Si le pH de la solution supérieur à 4,4 alors l’héliantine lui donne une couleur jaune (la forme basique est prédominante)
Si le pH de la solution est compris entre 3,2 et 4,4 alors les formes acide et basique de l’héliantine coexistent sans que l’une ne soit nettement majoritaire par rapport à l’autre et par conséquent la solution prend une coloration intermédiaire orangée.

Un indicateur coloré naturel: le jus de chou rouge

Certaine substances naturelles peuvent faire office d’indicateurs colorés, le jus de chou rouge est l’une d’entre elles.Pour l’obtenir il suffit de broyer des feuilles de chou rouge, de mélanger avec de l’eau puis de filtrer.

Le jus de chou rouge comporte un mélange d’espèces chimiques sensibles au pH appartenant à la famille des anthocyanes (présentes dans d’autres fruits et légumes), elles prennent une gamme de couleurs différentes en fonction des valeurs du pH qui va du rouge au jaune en passant par le violet, bleu et le vert.

Les indicateurs colorés de pH