Indicateur de pH - Définition
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Notions associées
Acidité et basicité du milieu
Le pH (potentiel hydrogène) est une grandeur utilisée en sciences expérimentales pour mesurer l’acidité ou la basicité d’une solution. Il est défini par le cologarithme décimal de l’activité des ions H+ dans la solution. Les ions H+ se liant aux molécules d’eau (approximativement 1 pour 1), on mesurera plutôt l’activité des ions hydronium H3O+ (improprement connus en tant qu'ions oxonium). Si l’on estime que les solutions sont assez diluées ([H3O+] < 1M et [HO-] < 1M), l’activité de l’eau sera égale à 1 et celle des ions hydronium sera assimilée la concentration en ces ions, ce qui est généralement le cas pour l'utilisation des indicateurs colorés. On a donc :
![pH = - \log \left( a_{H^+} \right) = - \log \left[ H_3O^+ \right]](https://static.techno-science.net/illustrationWebp/Definitions/autres/3/3046bd80dd1a2c3fe3037ea7efc27cbf_8dfcb27fc83292f6705bdd17b2b2fc31.png)
Traditionnellement, et compte tenu des approximations susmentionnées, on mesurera le pH sur une échelle allant de 1 à 14, bien qu’il puisse se situer en dehors de cette fourchette. En effet, sachant que le produit ionique de l’eau est toujours vérifié, on a :
pHmin = − log1 = 0 et pHmax = − log10 − 14 = 14
Une solution est dite acide si son pH est inférieur à 7, basique s’il est supérieur à 7 et neutre s’il égal à 7. C'est tout l'intérêt des indicateurs colorés de pouvoir déterminer facilement et rapidement cette acidité.
Zone de virage
Le principe d'un indicateur coloré est d'exister sous deux formes dont l'une prédomine par rapport à l'autre en fonction du pH. On appelle zone de virage la plage de pH dans laquelle aucune des deux formes de l’indicateur n’est majoritaire. Pour les calculs et les expériences, les indicateurs possèdent une zone de virage tabulée, reflétant avec précision le changement de couleur. Si l’on ne possède pas de données sur la zone de virage mais uniquement le pKi, on estime alors qu’une espèce prédomine sur l’autre lorsque la concentration de la première est 10 fois supérieure à celle de la seconde. Cela se reflète par une variation d’une unité de pH autour du pKi.
Teinte sensible
La teinte sensible est le nom donné à la couleur que prend la solution dans la zone de virage. Souvent, cette couleur correspond au mélange additif des couleurs des formes mises en jeu. Exemple : le bleu de bromothymol (image) a une teinte sensible verte, superposition des couleurs jaune acide et bleue basique. Certains indicateurs peuvent avoir une transition par l’incolore, à cause d’effets électroniques supplémentaires, de présence d’une troisième forme intermédiaire ou encore à cause d’une perte d’énergie de l’indicateur.
Mélanges d'indicateurs
Indicateur universel
Le terme indicateur universel désigne un mélange d’indicateurs colorés qui a pour vocation de changer de couleur graduellement en fonction du pH. On peut ainsi obtenir rapidement une idée sur le pH d’une solution, plus précisément qu’un indicateur qui possède une voire deux zones de virage.
- Composition
Il existe une composition « classique » de l’indicateur universel. Elle constitue la plupart des solutions pour papiers pH variant de 0 à 14. Voici les constituants de ce mélange :
- phénolphtaléine ;
- rouge de méthyle ;
- phenol-4,4'-(3h-2,1-benzoxathiol-3-ylidene)bis-2-bromomethyl-6-(1-methylethyl)-S,S-dioxyde ;
- phenol-4,4'-(3h-2,1-benzoxathiol-3-ylidene)bis-5-methyl-2-(1-methylethyl)-S,S-dioxyde ;
- solvant : eau/méthanol/propan-1-ol.
- Échelle de teintes
Un indicateur coloré universel possède aussi la particularité de suivre les couleurs du spectre de la lumière blanche lorsque le pH augmente.
| Couleurs de l'indicateur universel | forme très acide rouge | forme acide orange | forme acide jaune | forme neutre vert | forme basique bleu | forme très basique violet |
Certains indicateurs se rapprochent des indicateurs universels en possédant deux ou plusieurs zones de virage. C’est le cas, par exemple, d’un indicateur naturel, le chou rouge.
Papier pH
Le papier pH est en fait un papier spécial qui est imbibé d’un indicateur universel. Lorsque l’on trempe un morceau de papier pH dans une solution, il prend instantanément la tonalité correspondant au pH du milieu. Les laboratoires de chimie mis à part, on croisera le papier pH dans le cabinet des médecins généralistes qui l’utilisent, par exemple, pour vérifier l’acidité de l’urine.
Il est possible par ailleurs d'imbiber une bande de papier de n'importe quel indicateur - sans qu'il soit nécessairement un indicateur universel - puis d'ajouter quelques gouttes de la solution désirée sur cette bande. Cette technique est utilisée pour observer le changement de couleur sans avoir à mélanger l'indicateur au milieu, les indicateurs colorés étant souvent toxiques ou nocifs. Le papier tournesol est un exemple de papier n'utilisant pas d'indicateur universel. Il indique l'acidité par une couleur rouge et la basicité par une couleur bleue.
Crayon pH
Le papier pH est utilisé pour donner le pH d’un liquide. Pour déterminer le pH d’un solide, un Crayon pH peut être utilisé. Ce crayon s’utilise sur le papier, textile, bois, ciment, bitume, batterie, peau, plastique, céramique, métal,... Il faut passer un coup de crayon sur la surface et attendre quelques secondes. La couleur obtenue indique le pH.
