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Partie 2 : Les couples de l'eau, l'ampholyte et les indicateurs colorés

Nous avons vu dans la partie 1 que $H_2O$ peut se comporter tantôt comme un acide, tantôt comme une base. Comment expliquer ce double comportement, et comment repérer visuellement qu'une réaction acido-basique a lieu ?

Table des matières

1. Le double comportement acido-basique de l'eau
2. Les indicateurs colorés acido-basiques

1 Le double comportement acido-basique de l'eau

a) L'eau se comporte comme une base

L'eau peut capter un proton $H^+$ pour donner l'ion oxonium :

$$H_3O^+ \;\rightleftharpoons\; H_2O + H^+$$

Dans ce sens (de droite à gauche), $H_2O$ joue le rôle de la base du couple $H_3O^+/H_2O$.

b) L'eau se comporte comme un acide

L'eau peut aussi céder un proton $H^+$ pour donner l'ion hydroxyde :

$$H_2O \;\rightleftharpoons\; HO^- + H^+$$

Dans ce sens, $H_2O$ joue le rôle de l'acide du couple $H_2O/HO^-$.

La molécule d'eau appartient à deux couples acide/base différents

Définition — Ampholyte

Une espèce chimique qui appartient à la fois à un couple où elle est l'acide et à un couple où elle est la base est appelée espèce amphotère ou ampholyte.

L'eau est un ampholyte : elle est la base du couple $H_3O^+/H_2O$ et l'acide du couple $H_2O/HO^-$.

Autre exemple d'ampholyte

L'ion hydrogénocarbonate $HCO_3^-$ est également amphotère : il est la base du couple $CO_2,H_2O/HCO_3^-$, et l'acide du couple $HCO_3^-/CO_3^{2-}$.

📝 Exercice 1

Justifier que l'ion hydrogénocarbonate $HCO_3^-$ est un ampholyte, en écrivant les deux demi-équations correspondantes.

Étape 1 : En tant qu'acide : $HCO_3^- \rightleftharpoons CO_3^{2-} + H^+$

Étape 2 : En tant que base : $CO_2,H_2O \rightleftharpoons HCO_3^- + H^+$ (lu dans le sens où $HCO_3^-$ capte $H^+$)

Conclusion : $HCO_3^-$ appartient à deux couples différents (acide dans l'un, base dans l'autre) → c'est bien un ampholyte.

2 Les indicateurs colorés acido-basiques

Définition

Un indicateur coloré acido-basique est un couple acide/base noté $HIn/In^-$ dont la forme acide $HIn$ et la forme basique $In^-$ n'ont pas la même couleur.

La demi-équation de ce couple s'écrit :

$$HIn \;\rightleftharpoons\; In^- + H^+$$

                    Règle de couleur
                    Si $HIn$ est majoritaire dans la solution → celle-ci prend la teinte de la forme acide.
Si $In^-$ est majoritaire dans la solution → celle-ci prend la teinte de la forme basique.
Entre les deux, il existe une zone de virage (intervalle de pH) où la teinte change progressivement.

                

Couleurs des formes acide et basique des trois indicateurs usuels, avec leur zone de virage

Indicateur coloré	Teinte forme acide	Zone de virage	Teinte forme basique
Hélianthine	Rouge	3,1 < pH < 4,4	Jaune
Bleu de bromothymol (BBT)	Jaune	6,0 < pH < 7,6	Bleu
Phénolphtaléine	Incolore	8,2 < pH < 10	Rose-violacé

📝 Exercice 2

Une solution a un pH = 5. On y ajoute quelques gouttes de BBT, puis, dans un autre prélèvement, quelques gouttes d'hélianthine. Quelle couleur observe-t-on dans chaque cas ?

Étape 1 : pH = 5 est en dessous de la zone de virage du BBT (6,0 – 7,6) → la forme acide domine → couleur jaune.

Étape 2 : pH = 5 est au-dessus de la zone de virage de l'hélianthine (3,1 – 4,4) → la forme basique domine → couleur jaune également.

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