ETUDE DU BLEU DE BROMOTHYMOL Capacité(s) contextualisée(s) mise(s) en jeu durant l'activité : Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour déterminer une constante d'acidité. I. But Déterminer la constante d'acidité du couple formé par le bleu de bromothymol et son espèce conjuguée par spectrophotométrie. II. Documents (s'approprier) II.1. Doc.1 : Le bleu de bromothymol Le bleu de bromothymol (BBT ou dibromothymolsulfonephthaléine) est un composé chimique souvent utilisé comme indicateur coloré de ph. En effet, il possède des propriétés halochromiques (sa couleur change en fonction du ph). Il se présente sous deux formes, notées BBTH et BBT -, qui constituent un couple acide/base. La forme BBTH colore en jaune les solutions aqueuses et la forme BBT - les colore en bleu. Spectres d'absorbtions UV-visible des deux formes du bleu de bromothymol.
II.2. Doc.2 : Couleur d'une solution et cercle chromatique La couleur de la solution, ou couleur perçue, est la couleur dont le spectre est complémentaire du spectre des radiations absorbées. Lorsque le spectre UV-visible d'une solution présente une unique bande d'absorption dans le visible, il est possible d'avoir une idée de la couleur de la solution à partir du cercle chromatique. II.3. Doc.3 : Constante d'acidité et pk A Un couple acide faible/base faible AH/A - est caractérisé par sa constante d'acidité K A ou son pk A, grandeurs sans dimensions, définies par : K A = [H 3 O+ ] éq.[a ] éq [ AH] éq et pk A = logk A II.4. Doc.4 : Loi de Beer-Lambert L'absorbance A λ d'une espèce chimique en solution diluée est proportionnelle à la concentration molaire c de cette espèce : A λ = k λ.c Avec k λ le coefficient de proportionnalité qui dépend de la nature de l'espèce, de la longueur de solution traversée, de la longueur d'onde de la radiation utilisée, du solvant et de la température.
III. Etude préliminaire (s'approprier, analyser) 1. Ecrire l'équation de la réaction du BBTH avec l'eau. Cette réaction est limitée. 2. Retrouver à l'aide du Doc.1 et du Doc.2, les couleurs des deux formes conjuguées du bleu de bromothymol. 3. A quelle longueur d'onde, une mesure d'absorbance peut-elle être réalisée pour déterminer la concentration d'une des deux formes conjuguées du bleu de bromothymol dans une solution aqueuse? Quelle forme conjuguée? Pourquoi? 4. En Déduire une relation (1) entre l absorbance A d'une solution et la concentration effective [BBT - ] à cette longueur d'onde. 5. De la même façon, en déduire une relation (2) entre l absorbance A max d'une solution et la concentration molaire c en soluté apporté de bleu de bromothymol à cette longueur d'onde. 6. En utilisant les relations (1) et (2), montrer que [BBT - ] = A A max.c. D après la conservation de la matière : c = [BBTH] + [BBT - ]. 7. Montrer que [BBTH] = A max A A max. c 8. Montrer que l'on peut écrire à l'aide de la constante d'acidité du couple BBTH/BTT - l'expression suivante : ph = pk A + log [BBT ] [BBTH] 9. En déduire la valeur du ph lorsque [BBT - ] = [BBTH].
IV. Préparation des solutions (A) et (B) IV.1. Manipulations (réaliser) Solution (A) : Dans une fiole jaugée de 250 ml, introduire 10,0 ml d'une solution de bleu de bromothymol de concentration c 0 = 1,0.10-3 mol.l -1 Ajoutez 25,0 ml d'une solution d'acide phosphorique de concentration c A = 1,0.10-2 mol.l -1, puis compléter avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge. Solution (B) : Dans une fiole jaugée de 500 ml, introduire 2 x 10,0 ml d'une solution de bleu de bromothymol de concentration c 0 = 1,0.10-3 mol.l -1 Ajouter 2 x 25,0 ml d'une solution dhydroxyde de sodium de concentration c B = 1,0.10-2 mol.l -1, puis compléter avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge. IV.2. Exploitation des résultats (analyser) Quelle est la teinte de (A)? Quelle est la forme prédominante du couple BBTH/BBT - dans cette solution? Quelle est la teinte de (B)? Quelle est la forme prédominante du couple BBTH/BBTdans cette solution? Déterminer les concentrations en soluté apporté c de BTT dans les solutions (A) et (B). Que pouvez vous noter? En déduire qu'au cours du mélange d'un volume V B de solution (B) et d'un volume V A de solution (A), la concentration en soluté apporté c n'est pas modifiée.
V. Mesures d'absorbance et de ph V.1. Manipulations (réaliser) Mesurer et noter les absorbances des solutions (A) et (B) à 620 nm. Mesurer et noter les ph des solutions (A) et (B) Dans des béchers numérotés de 1 à 9, placer environ 25 ml de solution (A) mesurés à l'éprouvette graduée. Remplir une burette graduée de solution (B). Dans le bécher 2, ajouter un volume V B de solution (B) de sorte que le ph augmente d'environ d'une unité par rapport au bécher 1. Mesurer et noter l'absorbance du mélange obtenu. Répéter l'opération dans les béchers suivants de sorte que le ph augmente environ d'une unité entre deux béchers consécutifs. Pour chaque valeur de V B, noter dans un tableau les valeurs du ph, de l'absorbance et la couleur du mélange. Placer les béchers dans l'ordre des ph croissants et noter vos observations. V.2. Exploitation des résultats (analyser, valider) Entrer vos valeurs expérimentales dans le logiciel tableur-grapheur LatisPro. Tracer sur un même graphique [BBT - ] = f(ph) et [BBTH] = f(ph). Estimer, sur le graphique, la zone de changement de teinte de l'indicateur coloré, appelée zone de virage. Quelle est la valeur du ph lorsque [BBT - ] = [BBTH]? En déduire la valeur du pk A du couple du bleu de bromothymol. Comparer avec la valeur théorique de 7,4. Commenter. VI. Compte-rendu (communiquer) Rédiger le compte rendu de cette activité expérimentale. Fiche méthode : Rédiger une compte rendu d'activité expérimentale