Les indicateurs d'acide et de base sont utilisés en chimie pour déterminer le pH d'une substance. Ils prennent des couleurs différentes selon qu'ils sont ajoutés à un acide, une base ou une substance neutre. La plupart des indicateurs sont eux-mêmes acides faibles et répondre aux changements de concentration en ions hydrogène.
Échelle de pH et indicateurs d'acide et de base
La plage de pH fonctionne entre 0 et 14, 7 étant neutre. Un pH supérieur à 7 indique une base, et ceux inférieurs à 7 indiquent un acide. L'échelle de pH est logarithmique, et avec chaque changement de nombre individuel sur l'échelle, il y a un changement de dix fois dans l'acidité de l'alcalinité (basicité).
Les indicateurs acides et basiques sont sensibles au changement de pH, ou, plus précisément, au changement de concentration de ions hydrogène, H+, en solution.
La plupart des indicateurs acides et basiques sont de grosses molécules organiques qui contiennent des liaisons carbone-carbone alternées doubles et simples. Dans les solutions basiques, les indicateurs acides et basiques deviennent des ions en perdant des ions hydrogène de leur composition chimique, généralement d'un groupe OH. Cela modifie la structure de la molécule, obligeant les indicateurs à absorber la lumière à différentes longueurs d'onde et à changer de couleur.
Types d'indicateurs
De nombreux types d'indicateurs fonctionnent sur toute l'échelle de pH. Il est important d'en choisir un qui se situe dans la plage de pH considérée. Plusieurs indicateurs communs sont donnés ci-dessous.
Papier tournesol
Un indicateur d'acide et de base courant est le papier de tournesol créé en traitant du papier filtre avec un colorant obtenu à partir de lichens. Une solution appliquée sur du papier de tournesol gardera le tournesol de la même couleur ou le changera.
Le tournesol rouge est un acide diprotique faible; il peut donner deux atomes d'hydrogène. En dessous de pH 4,5, un papier de tournesol rouge reste rouge, mais devient bleu dans une base. Au-dessus de pH 8,3, un papier de tournesol bleu reste bleu mais devient rouge dans un acide.
L'indicateur de tournesol n'est pas en mesure de déterminer une valeur de pH, seulement pour distinguer les acides et les bases. Le papier tournesol neutre est violet.
Indicateur de phénolphtaléine
L'indicateur de phénolphtaléine est un acide faible qui a deux structures différentes selon qu'il se trouve dans une solution alcaline (rose) ou acide (incolore). La solution alcaline absorbe la lumière dans le spectre de la lumière visible, et l'œil humain perçoit un changement de couleur en rose à un pH de 8,2, puis en magenta brillant à un pH de 10 et plus.
La phénolphtaléine est couramment utilisée comme indicateur dans les expériences de titrage acide-base en laboratoire de chimie. Une solution de concentration connue est soigneusement ajoutée dans une solution de concentration inconnue et l'indicateur de phénolphtaléine. Lorsque la solution passe de l'incolore au rose (ou vice versa), le titrage ou le point de neutralisation a été atteint, et la concentration inconnue peut être calculée.
Indicateur bleu de bromothymol
Le bleu de bromothymol, un acide faible, est le plus souvent utilisé comme indicateur de solutions relativement neutres (acides et bases faibles). Sa gamme de pH est comprise entre 6 et 7,6. La solution apparaît jaune jusqu'à pH 6, dans une solution neutre elle est verte et elle vire au bleu dans les solutions basiques au-dessus de pH 7,6.
En laboratoire, le bleu de bromothymol est souvent utilisé comme coloration biologique de la lame, pour tester la photosynthèse et peut être utilisé pour tester le pH des piscines.
Indicateur de rouge de méthyle
En tant qu'indicateur d'acide et de base, le rouge de méthyle devient rouge dans les solutions acides à pH 4,4 et moins et devient jaune lorsque le pH 6,2 est atteint. Entre ces paramètres de couleur, dans la plage de pH de 4,4 à 6,2, la couleur est orange.
Le rouge de méthyle peut être utilisé comme indicateur d'acide et de base en laboratoire et comme colorant azoïque, le plus grand groupe de produits synthétiques colorants, couramment utilisé pour traiter les textiles.
Indicateur universel
Un indicateur universel est une solution qui contient un mélange d'indicateurs, souvent de la phénolphtaléine, du rouge de méthyle et du bleu de bromothymol. L'identification d'un pH approximatif est obtenue en ajoutant quelques gouttes d'un indicateur universel à une solution.
Le rouge indique un acide fort, dans la plage de pH 1 à 4, tandis qu'un acide faible a une teinte orange. Dans une solution neutre, la couleur devient jaune-vert. Le violet indique une base forte, au-dessus de pH 11, tandis que les bases faibles présentent une teinte bleuâtre.