Sciences · Chimie
Indicateurs colorés
Un indicateur coloré acido-basique est une substance dont la couleur change selon le pH de la solution. Il permet d’estimer si un milieu est acide, neutre ou basique et de repérer l’équivalence d’un titrage.
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Le jus de chou rouge vire au rose dans le vinaigre et au vert dans l’eau savonneuse ; le thé s’éclaircit quand on y presse du citron. Ces changements de teinte révèlent la présence d'indicateurs colorés naturels. Les chimistes en utilisent des dizaines, naturels ou synthétiques, pour mesurer le pH sans appareil et pour suivre les titrages. Le principe remonte au XVIIᵉ siècle : Robert Boyle utilisait déjà des extraits de violette et le tournesol pour distinguer acides et bases.
Comment fonctionne un indicateur ?
Un indicateur est lui-même un acide faible. En solution, il existe sous deux formes en équilibre :
HIn (couleur acide) ⇌ In⁻ (couleur basique) + H⁺
- en milieu acide, riche en ions H⁺, l’équilibre est déplacé vers la gauche : la forme HIn domine ;
- en milieu basique, la forme In⁻ domine.
Les deux formes n’absorbent pas les mêmes longueurs d’onde de la lumière visible, d’où la différence de couleur. Le passage se fait autour du pKa de l’indicateur : la zone de virage s’étend approximativement de pKa − 1 à pKa + 1. En dessous, on voit la couleur acide ; au-dessus, la couleur basique ; entre les deux, la teinte sensible, mélange des deux.
Les indicateurs les plus courants
| Indicateur | Couleur forme acide | Zone de virage (pH) | Couleur forme basique |
|---|---|---|---|
| Hélianthine (méthylorange) | rouge | 3,1 – 4,4 | jaune |
| Vert de bromocrésol | jaune | 3,8 – 5,4 | bleu |
| Rouge de méthyle | rouge | 4,2 – 6,2 | jaune |
| Bleu de bromothymol (BBT) | jaune | 6,0 – 7,6 | bleu |
| Rouge de phénol | jaune | 6,8 – 8,4 | rouge |
| Phénolphtaléine | incolore | 8,2 – 10,0 | rose-violet |
| Jaune d’alizarine R | jaune | 10,1 – 12,0 | rouge |
Le bleu de bromothymol est vert dans sa zone de virage, autour de la neutralité : il sert à tester l’eau des aquariums et des piscines. La phénolphtaléine, incolore en milieu acide ou neutre, devient rose vif en milieu basique ; elle a longtemps été utilisée comme laxatif avant d’être retirée en raison de doutes sur sa sécurité.
Les indicateurs naturels
De nombreux pigments végétaux, les anthocyanes, sont des indicateurs. Le chou rouge en donne une gamme spectaculaire :
| pH approximatif | Couleur du jus de chou rouge | Exemple |
|---|---|---|
| 1 – 2 | rouge | acide chlorhydrique dilué |
| 3 – 4 | rose | vinaigre, jus de citron |
| 6 – 7 | violet | eau |
| 8 – 9 | bleu | bicarbonate de soude |
| 10 – 11 | vert | eau savonneuse, lessive |
| 12 – 13 | jaune | soude caustique diluée |
Les hortensias en sont un autre exemple : dans un sol acide riche en aluminium disponible, ils fleurissent bleu ; dans un sol neutre ou calcaire, rose. Le tournesol, extrait de lichens, a donné son nom au papier qui rougit dans les acides et bleuit dans les bases.
Le papier pH et l’indicateur universel
Un indicateur universel est un mélange de plusieurs indicateurs dont les zones de virage se succèdent : il prend une couleur différente pour chaque unité de pH, du rouge (pH 1) au violet (pH 14). Imprégné sur du papier, il donne le papier pH, qu’on compare à une échelle de teintes. La précision est d’environ une unité de pH ; pour mieux, on utilise un pH-mètre.
Choisir un indicateur pour un titrage
L’indicateur doit changer de couleur au moment de l’équivalence : sa zone de virage doit contenir le pH à l’équivalence, ou du moins être située dans le saut de pH.
| Titrage | pH à l’équivalence | Indicateur adapté |
|---|---|---|
| Acide fort par base forte | 7 | BBT (le saut est si grand que la phénolphtaléine ou l’hélianthine conviennent aussi) |
| Acide faible par base forte (vinaigre par soude) | ≈ 8 à 9 | phénolphtaléine |
| Base faible par acide fort (ammoniac par HCl) | ≈ 5 | rouge de méthyle |
On n’en ajoute que quelques gouttes : l’indicateur étant lui-même un acide, une quantité trop grande fausserait le résultat.
Les autres indicateurs
Le principe ne se limite pas aux acides et aux bases :
- indicateurs rédox, qui changent de couleur selon le potentiel d'oxydoréduction (empois d’amidon, bleu foncé en présence de diiode) ;
- indicateurs complexométriques, comme le noir ériochrome T utilisé pour la dureté de l’eau ;
- indicateurs d’humidité, comme le chlorure de cobalt, bleu à sec et rose hydraté, présent dans certains sachets dessiccants.
Questions fréquentes
Pourquoi le chou rouge change-t-il de couleur ?
Il contient des anthocyanes, pigments dont la structure se modifie selon la concentration en ions H⁺. Chaque forme absorbe des longueurs d’onde différentes, d’où une couleur différente selon le pH (voir acides, bases et pH).
Quel indicateur pour savoir si une solution est neutre ?
Le bleu de bromothymol : jaune en milieu acide, vert autour de pH 7, bleu en milieu basique.
Un indicateur coloré donne-t-il la valeur exacte du pH ?
Non. Un indicateur seul indique si le pH est en dessous, dans ou au-dessus de sa zone de virage. Un indicateur universel donne une estimation à une unité près ; seul un pH-mètre mesure précisément.