Question centrale

Comment l'eau du chou rouge permet-elle d'indiquer la présence d'un acide ou d'une base ?

Matériel requis

• Chou rouge
• Filtre à café ou papier absorbant
• Récipient à eau (d'une contenance d'au moins 250 ml)
• Trois verres transparents (d'une contenance d'environ 100 ml) ou récipients similaires
• Eau chaude* (eau du robinet, eau chauffée au micro-ondes, etc.)
• Thermomètre
• Vinaigre
• Bicarbonate de soude
• Lunettes de sécurité
• Pince ou fourchette
• Pipette ou paille
• Bâtonnets ou cure-dents
• Bâtonnets ou pailles supplémentaires pour remuer

*Si votre classe ne dispose pas d'un accès à l'eau chaude, vous pouvez utiliser une bouilloire électrique, à condition de bien surveiller la température, ou alors amener de l'eau chaude en classe dans un thermos ou un autre récipient approprié.

Idées principales et notions de base

• Une solution aqueuse est de l'eau dans laquelle une substance a été dissoute.
• Lorsqu'une substance se dissout dans l'eau, ses molécules se séparent ou ionisent. Chaque morceau de molécule devient alors une particule chargée, appelée ion.
• Un ion hydrogène est un atome d'hydrogène qui a perdu son électron.
• Un acide est une substance qui, une fois dissoute dans l'eau, contribue aux ions hydrogène (H+).
• L'échelle de pH sert à classer les solutions aqueuses sur une plage comprise entre 0,0 et 14,0, afin d'obtenir une indication de la concentration d'ions hydrogène.
• Une solution avec un pH compris entre 0,0 et 7,0 possède une concentration relativement élevée d'ions hydrogène ; on parle alors d'acide. Les acides ont généralement un goût aigre, comme le jus de citron ou le vinaigre.
• Une solution avec un pH compris entre 7,0 et 14,0 possède une concentration relativement faible d'ions hydrogène ; on parle alors de base. Les bases ont généralement un goût amer, comme notamment les savons à lessive et l'ammoniac.
• L'eau pure est un exemple de liquide avec un pH de 7,0. Ces liquides ont un goût neutre, ni aigre, ni amer.
• Un indicateur de pH est une substance qui change de couleur en fonction de la concentration d'ions hydrogène. Les indicateurs standard utilisés par les chimistes sont le papier réactif et une solution appelée phénolphthaléine.
• Certains aliments peuvent également agir comme indicateurs de pH. Parmi les aliments les plus connus est le chou rouge. Lorsque l'on trempe des morceaux de chou rouge dans de l'eau chaude, le liquide pigmenté du chou se mélange à l'eau, lui donnant une couleur violette ou violacée. Cette eau est sensible aux changements de pH. Ainsi, une forte concentration d'ions hydrogène (acide) change la couleur en rouge ou rose, alors qu'une faible concentration d'ions hydrogène (base) change la couleur en bleu clair, vert ou jaunâtre.
• Pour en savoir plus sur le pH, lisez nos explications dans la rubrique « Creusons un peu ».
• Dans le terme pH, H renvoie à la concentration d'ions hydrogène dans la solution et p est l'initiale de « potenz », un mot allemand signifiant puissance ou potentiel.
• La couleur de cette eau du chou correspond généralement à l'une des plages de pH suivantes.
  

  Acide	De 0,00 à environ 6,0	Rouge ou rose
  Autour du neutre	D'environ 6,0 à environ 8,0	Violet ou bleu foncé
  Base	D'environ 8,0 à 14,0	Bleu clair, vert ou jaunâtre

Conseils sur le déroulement de l'expérience

• Les élèves doivent découper les feuilles de chou en morceaux d'environ 2,5 cm carrés (pas plus). 
• Les élèves doivent ensuite introduire les morceaux de chou dans le récipient et bien les tasser avec les mains. Le but est de mettre le plus de chou possible dans le récipient, afin de maximiser la quantité de pigment transférée dans l'eau.
• Si vous utilisez l'eau chaude du robinet, laissez-la couler suffisamment longtemps pour qu'elle soit bien chaude avant de remplir le récipient.
• Nous vous déconseillons d'utiliser une eau à plus de 50 °C. Par mesure de précaution, vérifiez la température de l'eau avec un thermomètre avant de la mettre à disposition des élèves pour leur expérience, en particulier si elle a été chauffée avec un micro-ondes ou un autre appareil électrique. Il peut également être souhaitable que vous remplissiez vous-même les récipients d'eau chaude.
• Il n'est pas utile de mélanger les morceaux de chou ou l'eau du récipient pendant qu'ils trempent pour faire ressortir les pigments. Mais, dans le cas contraire, cela n'empêchera pas la coloration finale de l'eau.
• Les élèves doivent attendre que l'eau ait suffisamment refroidi avant de manipuler le récipient.
• Lors du retrait des morceaux de chou, l'idée est en fait de retirer tous les morceaux facilement accessibles. Si un ou deux morceaux de chou restent dans l'eau, cela ne gênera pas le reste de l'expérience.
• Un élève peut tenir le filtre à café pendant qu'un autre verse l'eau du chou dans les trois verres transparents. Evitez de précipiter cette étape. Le transfert de l'eau dans les verres par le filtre risque de prendre un certain temps.
• Analysez avec les élèves la couleur de l'eau du chou de façon à parvenir à une description consensuelle. Est-elle violette ou plutôt bleue ? Vous pouvez également prendre une photo de l'eau avec un appareil photo numérique, le cas échéant.
• Lors de l'ajout du vinaigre et du bicarbonate de soude dans les verres, mélangez l'eau pour dissoudre les substances uniformément. Comparez ensuite les changements de couleur avec celle de l'eau du troisième verre (couleur d'origine).

Discussion

1. Pourquoi l'eau du chou se colore-t-elle ?
   Réponse : Cette couleur est due aux pigments des feuilles du chou qui se sont déposés dans l'eau.

2. Pourquoi l'eau du chou change-t-elle de couleur après l'ajout d'autres substances ?
   Réponse : La pigmentation de l'eau du chou est très sensible aux changements de concentration d'ions hydrogène.

3. Comment réagit l'eau du chou (et sa couleur) lorsque l'on ajoute un acide ou une base ? 
   Réponse : Lorsqu'un acide est ajouté, la couleur de l'eau passe du violet au rouge ou rose. Lorsqu'une base est ajoutée, la couleur tend vers le bleu clair, le vert ou le jaunâtre.

Evaluation

Les élèves sont-ils capables d'expliquer comment l'eau du chou rouge nous renseigne sur la présence d'un acide ou d'une base ?

Réponse : Par le changement de couleur de l'eau du chou. Les acides teintent la couleur en rouge ou rose alors que les bases lui donnent une teinte bleue, verte voire jaunâtre.

Variantes et autres études

• Renouvelez l'expérience avec une eau de chou neuve, en ajoutant d'autres produits ménagers comme le savon, le détergent et l'huile de friture.
• Réalisez une expérience afin de découvrir si d'autres aliments peuvent être utilisés comme indicateurs de pH. Les betteraves, les myrtilles et les pétales de fleurs comme les pensées et les violettes peuvent constituer de bons indicateurs.

Métiers concernés

• Recherche et génie chimique

• Spécialiste en coloration

• Technicien médical

• Opérateur en usine de traitement des eaux

• Agent de maintenance des piscines

• Responsable d'aquarium

• Responsable territorial des zones humides et marécageuses

• Ingénieur agricole
  

Corrélations avec les standards éducatifs anglo-saxons

United States: Cet exercice rel¨¨ve de certaines parties de la norme NSES Content Standard A, Science as Inquiry et Content Standard G, History and Nature of Science, Grades 5-8 et 9-12 ainsi que des normes suivantes :

Grades 5-8
Physical Science: B1

Grades 9-12
Physical Science: B3

Glossaire/vocabulaire

acide
solution aqueuse
base
ions hydrogène
pH
indicateur de pH

Liens

pH
Description animée de l'échelle de pH.

Sambal's Science Web : indicateurs
Les indicateurs Explications simplifiées sur les choux rouges et les indicateurs de pH.

Wikipédia : indicateur de pH
Description plus approfondie des indicateurs de pH avec un tableau des couleurs et une liste des différents aliments pouvant servir d'indicateurs naturels. Cette page existe également en anglais.

Chem4kids.com : Les acides et les bases sont partout
Un excellent site Web très ludique pour enfants

Miami Museum of Science : Le facteur pH
Un site très intéressant avec des liens interactifs