Activité expérimentale spectrophotométrique

TP : Spectres UV-visible
Matériel disponible :
Au bureau : acide chlorhydrique à 1,0 mol/L, hydroxyde de sodium à 1,0 mol/L, solution de BBT à 1,0 g/L ,
spectrophotomètre, cuves .
Elève : kit dilution ( + une pipette jaugée de 1 ,0 mL), 3 béchers de 50 mL, 3 éprouvettes graduées,
eau distillée, solution tampon pH 7
La couleur des corps est une des caractéristiques de la matière. Lorsqu’elle est utilisée à des fins
d’analyse, on parle d’indicateur coloré.
En chimie, les indicateurs colorés de pH sont des molécules qui ont la capacité de changer de couleur
en fonction de l’acidité de leur milieu environnant. Très utilisés en sciences expérimentales, il est possible
de trouver la valeur de leur pKA grâce à une technique d’analyse physique : la spectroscopie UV-Visible.
(pKa : plus l’acide est « fort » plus le pKa est petit.)
Cette méthode d’analyse a progressivement envahi les laboratoires d’analyses car ses applications sont
très nombreuses : identification de substances chimiques (solvants organiques purs, huiles végétales et
minérales, analyse de polymères et de matériaux d’emballages (verre, bois, plastique, papier), industrie
pharmaceutique (mesure du blanchiment et du jaunissement des comprimés), industrie cosmétique (rouge à
lèvres, crème solaire), domaine alimentaire (viandes, vins), peintures (comparaison de différents lots),
physiologie végétale (étude des feuilles)...
A- Préparation des solutions de BBT
1- Diluer l’acide chlorhydrique 10 fois. 
Une fois le matériel choisi , appeler le professeur avant de réaliser la dilution.
2- Préparer les solutions suivantes à partir d’une solution mère de bleu de bromothymol à 1,0 g.L-1 
(il est important que les 3 solutions aient exactement la même concentration en BBT)
Solution S1
Dans un bécher de 50 mL rincé avec de l'acide chlorhydrique à 0,10 mol.L-1, introduire 1,0 mL de la
solution mère de BBT. Ajouter 9 mL de solution d'acide chlorhydrique à l’aide de l’éprouvette graduée et
homogénéiser. On obtient une solution S1 dont le pH ≈ 1.
Solution S2
Dans un bécher de 50 mL rincé 2 ou 3 fois avec de l’eau distillée, introduire 1,0 mL de la solution mère de
BBT. Ajouter 1mL de solution tampon pH7 et 8 mL d’eau distillée à l’aide d’une seconde éprouvette
graduée, homogénéiser. On obtient une solution S2 dont le pH est de 7.
Solution S3
Dans un bécher de 50 mL rincé avec une solution de soude à 1,0 mol.L-1, introduire 1,0 mL de la solution
mère de BBT. Ajouter 9 mL de la solution de soude à 1,0 mol.L-1 à l’aide d’une troisième éprouvette
graduée et homogénéiser. On obtient une solution S3 dont le pH > 13.
Questions .
1- Indiquer pour les solutions S1 et S3 : la couleur apparente, la couleur absorbée, la nature acide ou
-
basique ainsi que la forme prédominante (on notera BBTH(forme acide) et BBT (forme basique)) de
l’indicateur coloré.
2- Sachant que la solution S2 à pH=7 contient les deux formes acide et basique du BBT, expliquer en
utilisant vos connaissances de 1ère la couleur de cette solution.
B - Spectroscopie UV-visible
1. Principe
Le principe de la spectroscopie UV-Visible repose sur le passage de l’état de repos à un état excité d’un
électron d’une molécule lors de l’absorption d’une onde lumineuse de longueur d’onde comprise entre
100nm (domaine UV) à 750nm (Visible et limite : rouge). Nous obtenons donc un spectre d’absorption en
liaison avec la présence de doubles liaisons conjuguées et de groupes chromophores (Première S) au sein
des molécules.
2. La molécule de bleu de bromothymol
Selon Brönsted , un acide est une espèce chimique capable de céder un proton H+.
Voici la demi-équation acido-basique du couple BBTH/BBT- :
1- Expliquer pourquoi ces molécules absorbent dans le visible.
2- La forme BBT- absorbe-t-elle dans un domaine de longueurs d’onde plus ou moins
élevées que la forme BBTH ? Comment l’expliquer ?
3. Analyse expérimentale
au bureau
1- Faire le blanc.
2- Tracer, en les superposant, les spectres d’absorption UV-Visible de chacune des trois solutions.
Un point remarquable apparaît lors des tracés. En effet, les trois courbes se coupent en un même point
appelé point isobestique. De la qualité des dilutions dépend la qualité de ce point.
3- Vérifier les λmax pour les trois solutions.
S3
S1
S2
Les courbes en bleu, noir et vert correspondent respectivement aux solutions S1, S2 et S3.

4. Observations
1- Déterminer les λ1max , λ1max , λ1max sur la courbe ci-dessus.
2- Expliquer la présence d’un seul pic d’absorption pour les solutions S1 et S3 et la présence de deux
pics d’absorption pour la solution S2.
3- Vérifier la cohérence des spectres d’absorption tracés avec vos réponses aux questions précédentes
en justifiant clairement.

5. Exploitations : Expression du pKA
Pour une longueur d’onde donnée (par exemple λ1max ou λ3max) et pour la solution S2 de pH = 7, on obtient
l’expression du pKA du couple BBTH/BBT- :
avec A1, A2 et A3 les absorbances mesurées pour une même longueur d’onde, par exemple λ1max ou λ3max des
solutions S1, S2 et S3.
1- Calculer la valeur du pKA du couple BBTH/BBT- grâce à la relation précédente pour λ1max puis
pour λ3max et faire une moyenne des deux valeurs.
2- Sachant que la valeur du pKA du couple BBTH/BBT- est de 7,1, calculer l’écart relatif obtenu et
commenter ce résultat.