SNC2D/SNC2P Réactions chimiques/réactions chimiques Démonstration par l enseignante ou l enseignant/activité par les élèves Le chou rouge comme indicateur Sujets propriétés des acides et des bases échelle de ph Durée préparation : 20 min démonstration : de 10 à 15 min activité : de 20 à 25 min Attentes particulières SNC2D A1.1 Repérer un problème de nature scientifique, poser des questions s y rattachant et formuler une hypothèse. A1.10 Tirer une conclusion et la justifier. C1.7 Reproduire une échelle de ph et montrer son utilisation dans la détermination de l acidité des solutions. C2.6 Identifier, à partir d expériences, les composantes d une réaction de neutralisation (acide, base, sel et eau). [P, ER, AI, C] SNC2P A1.1 Repérer un problème de nature scientifique, poser des questions s y rattachant et formuler une hypothèse. A1.10 Tirer une conclusion et la justifier. C1.7 Reproduire l échelle de ph et expliquer son utilisation dans l identification des acides et des bases. C2.4 Déterminer, à l aide de l échelle de ph, l acidité ou la basicité de diverses substances courantes (p. ex., shampooing, nettoyant ménager, jus d orange, tablette antiacide, jus de citron, vinaigre). [ER, AI]. Introduction Cette démonstration illustre l importance de la chimie et sa présence dans les objets du quotidien, dont les aliments que nous consommons. C est une façon intéressante d amorcer l étude des acides et des bases ou d établir un rapprochement entre les acides/bases et l échelle de ph et d étendre l étude aux indicateurs de ph. Le chou rouge est un exemple d indicateur de ph naturel. Un grand nombre de produits ménagers sont acides ou basiques, et souvent, des produits qui servent à des tâches similaires ont un ph semblable.
Matériel lunettes anti-éclaboussures sarrau ou tablier de laboratoire gants de protection chou rouge eau substances d essai (p. ex., jus de citron, vinaigre blanc, jus de pommes, désinfectant pour les mains, shampooing et revitalisant blancs ou transparents, bicarbonate de soude, lait, savon liquide transparent) 5 ml d acide chlorhydrique à 0,1 mol/l, HCl(aq) 5 ml d hydroxyde de sodium à 0,1 mol/l, NaOH(aq) couteau ou ciseaux mélangeur bécher de 1 L tamis (sinon des essuie-tout) béchers de 250 ml (un pour chaque substance d essai) marqueur pour identifier les béchers cylindre gradué de 10 ml agitateur L activité par les élèves nécessite aussi : flacons compte-gouttes contenant les substances d essai ou béchers de 100 ml et pipettes compte-gouttes plaques à godets Consignes de sécurité Fournissez les fiches signalétiques de tous les produits chimiques utilisés. La solution d hydroxyde de sodium est corrosive et irritante pour la peau et les yeux. Évitez tout contact. Le port de lunettes anti-éclaboussures, de gants de protection et d un sarrau ou tablier de laboratoire est recommandé en tout temps. En cas de contact avec la solution, il faut immédiatement laver les mains et rincer les yeux. L acide chlorhydrique est corrosif. Évitez tout contact avec la peau ou les yeux. Le port de lunettes anti-éclaboussures, de gants de protection et d un sarrau ou tablier de laboratoire est recommandé. En cas de contact, il faut immédiatement laver les mains et rincer les yeux. Aucune substance ne doit entrer en contact avec les yeux. Les consignes de sécurité dépendront des substances utilisées pour les essais. Système d identification des matières dangereuses (0-minime, 1-léger, 2-modéré, 3-sérieux, 4-sévère) acide chlorhydrique à 0,1 mol/l HMIS (0 à 4) hydroxyde de sodium à 0,1 mol/l HMIS (0 à 4) Santé 1 Santé 1 Risque de feu 0 Risque de feu 0 Réactivité 0 Réactivité 0 Marche à suivre Assurez-vous que tous les participants portent l EPP approprié : lunettes anti-éclaboussures, sarrau ou tablier de laboratoire et gants de protection.
Faites les préparatifs suivants avant la démonstration (ou encore, l indicateur pourrait être préparé durant l introduction.) 1. Coupez les feuilles de chou rouge et mettez-les dans le mélangeur avec de 750 à 850 ml d eau. 2. Faites fonctionner le mélangeur pendant 30 secondes environ. En utilisant le tamis pour recueillir et enlever les morceaux de feuilles de chou restants, versez la préparation dans le bécher de 1 L. Vous devriez obtenir de 500 à 750 ml de jus de chou rouge. 3. Versez de 7 à 10 ml de chaque substance d essai dans un bécher que vous identifierez. Formez des équipes de 2 à 4 élèves. 4. Prédire / Expliquer Demandez à chaque équipe de prédire quelles substances auront une réaction similaire après l ajout de jus de chou. Chaque équipe doit tenter de justifier sa prédiction. 5. Observer À l aide du cylindre gradué, versez 5 ml de jus de chou rouge dans chaque bécher contenant une substance d essai, y compris les solutions d acide chlorhydrique et d hydroxyde de sodium. Mélangez chaque préparation avec l agitateur. Laissez le temps aux élèves de consigner leurs observations. 6. Expliquer Demandez à chaque équipe de discuter des résultats obtenus et de les regrouper en fonction des couleurs produites. Dites-leur de comparer leurs couleurs avec celles obtenues pour les solutions acides et basiques. Autre déroulement pour l activité réalisée par les élèves 1. Mettez chaque substance (y compris l indicateur de chou rouge) dans un flacon comptegouttes ou un petit bécher dans lequel vous placerez aussi une pipette compte-gouttes. Formez des équipes de 2 à 4 élèves. 2. Prédire / Expliquer Demandez à chaque équipe de prédire quelles substances auront une réaction similaire après l ajout de jus de chou. Chaque équipe doit tenter de justifier sa prédiction. 3. Observer Les élèves doivent mettre 1 ou 2 gouttes de la substance d essai (y compris les solutions d acide chlorhydrique et d hydroxyde de sodium) dans une cellule d une plaque à godets. Ils doivent ensuite mettre une goutte de jus de chou dans chaque cellule, et noter la couleur. 4. Expliquer Demandez à chaque équipe de discuter des résultats obtenus et de les regrouper en fonction des couleurs produites. Dites-leur de comparer leurs couleurs avec celles obtenues pour les solutions acides et basiques. Nettoyage Les mélanges acides et basiques dilués peuvent être mis ensemble pour les neutraliser. Les produits ménagers peuvent être versés dans l évier avec de l eau. Utilisez les méthodes d élimination conformes au protocole du conseil scolaire et aux règles de votre municipalité pour toutes les substances d essai choisies.
Qu est- ce qui se produit? Le jus de chou rouge change de couleur lorsqu il est mélangé avec les substances d essai. La couleur dépend du ph de la solution. Comment ça fonctionne? Le chou rouge contient un pigment soluble dans l eau qui fait partie d un groupe de composés appelés les anthocyanes. On retrouve les anthocyanes dans les vacuoles des cellules végétales et elles contribuent à donner la couleur à de nombreux fruits et légumes tels que les aubergines, les cerises et de nombreuses baies. Beaucoup d anthocyanes agissent comme indicateurs d acidebases, changeant de couleur dans différents ph. Les changements de couleur avec le pigment présent dans le chou rouge sont indiqués dans le tableau ci-dessous : Couleur Rose Rouge Violet Bleu Vert bleuté Jaune verdâtre ph 1 3 5-7 8 9 11 approximatif Classification acide acideneutre basique Anthocyane en milieu acide Anthocyane en milieu basique sucre Rose-rouge pink red sucre blue green yellow Bleu-vert-jaune Suggestions/conseils pour l enseignante ou l enseignant 1. Cette démonstration peut être facilement transformée en activité à faire réaliser par les élèves. Pour permettre aux élèves de constater que le jus de chou rouge est un indicateur naturel, vous pouvez leur faire préparer l extrait de jus de chou. En cas de contraintes de temps ou d équipement, l enseignante ou l enseignant peut préparer l indicateur à l avance. 2. Chaque substance peut être testée avec un ph-mètre, afin que les élèves puissent voir que le changement de couleur est associé au ph plutôt qu une conséquence de quelque autre réaction chimique. En connaissant la couleur et le ph de chaque substance, les élèves pourront créer leur propre tableau de couleurs et de ph, similaire à celui fourni. Les tableaux et les indicateurs naturels pourraient ensuite servir à déterminer le ph d une solution-mystère. Des tableaux différents pourront être créés pour divers indicateurs. 3. Si vous n avez pas accès à un mélangeur, les feuilles de chou rouge peuvent être bouillies dans l eau puis égouttées de manière à recueillir le jus rouge qui servira d indicateur.
4. Pour faire les essais, choisissez des substances correspondant à une large gamme de ph. Pour connaître le ph de substances courantes, voir le lien fourni dans la section «Ressources supplémentaires». 5. On peut créer des bandes indicatrices de ph en trempant des bandes de papier filtre dans du jus de chou rouge et en les laissant sécher. 6. Vous pouvez utiliser beaucoup d autres substances colorantes naturelles. Le jus de raisin rouge et le jus de framboise fonctionnent bien et sont faciles à se procurer. Prochaines étapes La démonstration pourrait mener à une expérience qui compare la clarté des changements de couleur d indicateurs acide-base naturels et artificiels. On pourrait même l adapter aux cours de chimie de cycle supérieur au moment d expliquer les changements de couleur qui se produisent durant un titrage acide-base. Ressources supplémentaires 1. Vidéo d une démonstration similaire : http://www.stevespanglerscience.com/experiment/red-cabbage-chemistry [cliquez sur «Vidéos»] (en anglais seulement) 2. ph de substances courantes et de plus amples renseignements sur la science des ph : http://www.mpcfaculty.net/mark_bishop/ph_equilibrium.htm (en anglais seulement) 3. Source des images d anthocyanes : http://ww2.chemistry.gatech.edu/~lw26/bcourse_information/red_cabbage_ph_indicator/c abbage.html (en anglais seulement)