Classe: TS Nom-Prénom:
TP
Ch im ie - C0 5
Etude spectrophotométrique du Bleu de Bromothymol
1- Objectifs
Les objectifs de ce travail sont de:
- Mesurer l'absorbance du bleu de bromothymol en solution aqueuse pour différentes valeurs du pH.
- Déterminer les diagrammes de distribution et les domaines de prédominance des formes acide et basique d'un indicateur coloré.
- Déterminer la constante d'équilibre de la réaction de cet indicateur sur l'eau.
2- Introduction
Le bleu de bromothymol possède une forme acide jaune (HInd) et une forme basique bleue (Ind–).
On mesure, à la même longueur d'onde et en milieu très acide, l'absorbance AJ de la forme jaune et en milieu très basique, l'absorbance ABde la forme bleue, puis à un pH intermédiaire, l'absorbance Amd'un mélange de ces deux formes.
On déduit de ces mesures les pourcentages des formes acide et basique dans le mélange.
3- Préparation des solutions
On dispose des solutions suivantes:
- Solution de bleu de bromothymol (BBT) à 0,2 g.L-1 - Solution d'acide chlorhydrique (HCl) à 1,0.10-1mol.L-1
- Solution de dihydrogénophosphate de potassium (KH2PO4) à 1,0.10-1mol.L-1 - Solution d'hydroxyde de sodium (NaOH) à 1,0.10-1mol.L-1
Dans des fioles jaugées de 100mL, préparer les solutions du tableau suivant:
Solution S1 S2 S3 S4 S5 S6
Volume de BBT à 0,2g.L-1 5,0mL 5,0mL 5,0mL 5,0mL 5,0mL 5,0mL Volume de HCl à 1,0.10–1mol.L-1 10mL
Volume de KH2PO4 à 1,0.10–1mol.L-1 20,0mL 20,0mL 20,0mL 20,0mL
Volume de soude 2,0mL 5,0mL 10,0mL 12,0mL 10,0mL
Le volume de soude sera ajouté à l'aide d'une burette graduée.
Les autres volumes seront prélevés avec une pipette jaugée.
L'eau de Volvic sera ajoutée pour compléter le volume de solution à 100mL dans chaque fiole jaugée.
4- Mesure des pH
Etalonner le pH-mètre 7T4 (mise en route, solution tampon pH=7,0, température de la pièce, solution tampon pH=4,0, ne pas l'éteindre entre chaque mesure).
Mesurer le pH de chacune des solutions préparées et indiquer sa valeur dans le tableau ci dessous.
Solution S1 S2 S3 S4 S5 S6
pH
5- Mesure des absorbances
On devra mesurer l'absorbance des solutions en rinçant la cuve avant chaque mesure avec de l'eau de Volvic puis avec la solution à étudier.
Le colorimètre transforme une mesure d'absorbance en une tension qui sera lue directement sur un multimètre utilisé en voltmètre (calibre 2V). La notice du constructeur indique que l'absorbance maximum mesurable est égale à 2, la tension lue étant proportionnelle à l'absorbance mesurée (une unité d'absorbance correspondant à 1 V).
Connecter la sortie analogique du colorimètre au multimètre (borne jauneborne rouge et borne noireborne noire).
Mettre le colorimètre sous tension en utilisant l'adaptateur (Ne pas modifier les réglages de l'adaptateur sous peine de destruction du colorimètre).
Verser de l'eau de Volvic dans la cuve jusqu'à 5mm du haut de la cuve sans toucher aux parois lisses de celle- ci.
Placer le filtre monochromatique (590nm) dans le logement prévu à cet effet et faire le réglage du blanc en procédant comme suit:
- Insérer la cuve contenant l'eau de Volvic dans le logement prévu et placer le cache.
- Sélectionner "Transmittance" par le bouton glissière situé en face avant.
- Placer le potentiomètre du bas (réglage fin) à mi-course et ajuster la tension de sortie à 1V à l'aide des deux potentiomètres (réglage grossier avec le potentiomètre du haut puis réglage fin avec le potentiomètre du bas).
- Sortir le "blanc", vider la cuve, l'essuyer soigneusement avec du papier filtre sans toucher aux parois lisses.
Une fois le réglage du blanc effectué, on peut réaliser les mesures de l'absorbance comme suit:
- Placer la cuve sur le porte-cuves, la rincer avec la solution Si.
- Vider la cuve, la placer sur le porte-cuves, la remplir avec la solution Si.
- Insérer le filtre de longueur d'onde 590nm dans le logement prévu à cet effet.
- Insérer la cuve dans le logement prévu et placer le cache.
- Sélectionner "Absorbance" par le bouton-glissière situé en face avant.
- Placer la valeur de l'absorbance lue directement sur le voltmètre dans le tableau ci-dessous.
- Enlever le cache.
- Sortir la cuve, la vider, la rincer avec de l'eau de Volvic, l'essuyer soigneusement avec du papier filtre sans toucher aux parois lisses.
- Traiter toutes les solutions de S1à S6de la même manière.
Mesurer l'absorbance de chacune des solutions préparées et indiquer sa valeur dans le tableau ci dessous.
Solution S1 S2 S3 S4 S5 S6
Absorbance Am
6- Détermination de la bande d'absorption maximum
On utilise pour cela un spectrophotomètre qui va balayer l'ensemble des longueurs d'onde de la lumière visible de 400 nm à 800 nm environ et réaliser un spectre d'absorption.
On réalise le spectre d'absorption pour la forme acide (couleur jaune - pH voisin de 2 - solution S1) puis pour la forme basique (couleur bleue - pH voisin de 12 - solution S6).
A partir du spectre d'absorption obtenu, expliquer pourquoi la forme acide HInd apparaît jaune et la forme basique Ind-apparaît bleue.
A quelle longueur d'onde, l'absorption de la forme basique Ind- est-elle maximale? Quelle est la couleur correspondante?
A cette longueur d'onde la forme acide HInd absorbe-t-elle la lumière?
Pourquoi éclaire-t-on les solutions avec une lumière monochromatique de longueur d'onde λ = 590 nm? Le choix du filtre est-il satisfaisant?
7- Exploitation des résultats
7-1- Calcul des pourcentages des formes HInd et Ind-
A une longueur d'onde donnée, l'absorbance Amdu mélange est la somme des absorbances AJet ABde chaque forme:
A
m= A
J+ A
B.Comme
A =
.l.[HInd]
et queA =
.l.[Ind–]
, on aA = l.( .[HInd] +
.[Ind
-])
.Pour tout pH, nous avons la relation
C
BBT= [HInd] + [Ind
-]
.La valeur de Am, est d'autant plus proche de celle de AJque le mélange est plus riche en forme acide jaune et de celle de AB qu'il est plus riche en forme basique bleue.
L'examen du spectre d'absorption de la forme acide (jaune) montre que celle-ci n'absorbe pas les radiations situées au voisinage de 590 nm.
On admettra que pour un pH supérieur ou égal à 11, seule la forme basique existe.
Par conséquent on a,
[Ind
-] = C
BBTce qui entraine queA
J= 0
etA
B= A
max.Comme on a
A
B=
B.l.[Ind
-]
et[Ind
-] = C
BBT alors on aura AB = K.CBBT, oùK =
B.l
. est un paramètre caractérisant l'espèce en solution éclairée par une source de longueur d'onde
et l la largeur intérieure de la cuve.Cette expression correspond à l'absorbance maximum que l'on notera Amax. Remarque:Ici Amaxest donc donnée par la solution S6.
La concentration molaire volumique du BBT est notée CBBT.
La formule brute du bleu de bromothymol est
C
27H
28Br
2O
5S
, sa masse molaire est 623,9 g.mol-1. Calculer la concentration molaire volumique de la solution de BBT dans chacune des fioles jaugées.Montrer que
[Ind
-] = C
BBT. A
mA
max.On notera
%HInd
et%Ind
- les pourcentage des formes acide et basique dans le mélange, soit%HInd = 100.[HInd]
C
BBT et%Ind
-= 100.[Ind
-] C
BBT .Déduire de la question précédente, les expressions littérales de
%Ind
-et%HInd
.Compléter le tableau suivant:
Solution S1 S2 S3 S4 S5 S6
Absorbance Am pH [Ind-] [HInd]
%HInd
%Ind-
7-2- Construction des courbes représentant l'évolution de %Ind– et %HInd
Dans le même repère, porter les couples (pH; %HInd) et (pH; %Ind-), puis tracer les deux courbes %HInd et
%Ind-.
En déduire les domaines de prédominance de chacune des deux formes Ind- et HInd et vérifier l'hypothèse faite pour l'absorbance maximale.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 pH
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
%HInd et %Ind-
Ecrire l'équation à l'équilibre de la réaction entre le BBT et l'eau.
Ecrire l'expression de la constante d'équilibre pour la réaction entre la forme acide et l'eau.
A partir du graphique, déduire la valeur de la constante d'équilibre de cette réaction en expliquant la démarche suivie.
Déterminer visuellement la zone de virage de l'indicateur coloré BBT en rassemblant toutes les solutions sur le bureau après avoir noté le pH de chacune d'elles sur le bêcher correspondant.
La zone de virage d'un indicateur coloré est généralement définie par l'intervalle de pH dans lequel le rapport des concentrations molaires des formes acide et basique est compris entre 1/10 et 10, soit:
1
10 ≤ [HInd]
[Ind-] ≤ 10 ou encore 9,1% %HInd91%.
Déterminer graphiquement la zone de virage de l'indicateur coloré BBT
