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Paramètres influençant la couleur d'une substance

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Objectif(s)
La couleur d’une substance dépend de plusieurs paramètres (solvant, pH…).
Comment déterminer expérimentalement les paramètres dont la couleur d’une substance dépend ?
1. Couleur en fonction du pH
Les indicateurs colorés sont des substances dont la couleur dépend du pH.
a. Expérience
On réalise plusieurs solutions de pH différents. Chacune des solutions est introduite dans un tube à essai, dans l’ordre croissant des valeurs du pH et on y introduit quelques gouttes d’un indicateur coloré (hélianthine ou BBT).

On obtient une « échelle de teinte ».

Exemple 1 : hélianthine


Exemple 2 : bleu de bromothymol (BBT)

b. Interprétation
Un indicateur coloré est une espèce chimique qui existe sous deux formes de couleurs différentes.
La forme acide et la forme basique ont généralement deux couleurs bien distinctes.

Lorsqu’on fait varier le pH de la solution, une forme prédomine devant l’autre.
La solution prend la couleur de l’espèce chimique majoritaire.

En milieu acide, l’hélianthine est rouge ; en milieu basique, l’hélianthine est jaune.
Dans la zone de virage, les deux formes de l’hélianthine coexistent : la solution est orange.

En milieu acide, le BBT est jaune ; en milieu basique, le BBT est bleu.
Dans la zone de virage, les deux formes du BBT coexistent : la solution est vert.

Tableau donnant les teintes de l’indicateur en fonction du pH :

 
Indicateur Couleur de la forme acide Zone de transition Couleur de la forme basique
Hélianthine rouge 3,1 - 4,4 jaune
Bleu de bromothymol jaune 6,0 - 7,6 bleu
 

Les structures des formes acide et basique sont différentes : les radiations absorbées ne sont pas les mêmes.

2. Couleur en fonction du solvant
Certaines espèces chimiques ont des couleurs différentes selon le solvant dans lequel elles sont dissoutes.
a. Expérience
On dissout du diiode solide dans deux tubes à essai contenant du cyclohexane ou de l’eau distillée.

diiode dans l'eau diiode dans le cyclohexane

Observation : les deux solutions ont des couleurs différentes.
b. Interprétation
La couleur d’une solution dépend des espèces chimiques qu’elle contient.
Si une espèce chimique absorbe des radiations du visible, elle est colorée. Elle prend la couleur complémentaire des radiations absorbées.
Diagramme des couleurs complémentaires
 
Dans le cyclohexane, le diiode prend une coloration rose car il absorbe dans le jaune (590 nm).
Dans l’eau, le diiode prend une coloration jaune car il absorbe dans le bleu.

Les structures des deux formes solvatées sont différentes : les radiations absorbées ne sont pas les mêmes.
L'essentiel
Une substance colorée absorbe une partie des rayonnements lumineux et diffuse la couleur complémentaire des radiations absorbées.
La couleur de la substance peut varier lorsque le pH varie : c’est le cas des indicateurs colorés.
La couleur d’une substance peut varier lorsque le solvant est différent.
C’est la structure de la molécule qui explique le changement de couleur.

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