Un spectrophotomètre est un appareil de laboratoire qui permet de mesurer l’intensité de la lumière transmise par une solution transparente

TP n° 16 : Utilisation d’un spectrophotomètre : courbes d’analyse spectrale.

Un spectrophotomètre est un appareil de laboratoire qui permet de mesurer l’intensité de la lumière transmise par une solution transparente. Il permet de tracer des courbes d’analyses spectrales utilisées pour étudier la composition de solutions, de déterminer la concentration de solutions ou de suivre l’apparition d’une espèce chimique colorée au cours du temps…

Vous étudierez la constitution d’un spectrophotomètre lors d’un TP ultérieur. Pour mener ce TP, il vous suffit d’admettre que le spectrophotomètre mesure l’intensité lumineuse du faisceau de lumière incidente (I0) et celle du faisceau de lumière transmise (It) (voir schéma ci-dessous). Le spectrophotomètre calcule alors l’absorbance A de la solution : l’absorbance est un nombre sans unité qui dépend du rapport

0 t

I

I et qui caractérise la solution.

Dans ce TP, vous allez étudier l’absorbance de solutions de colorants alimentaires pour des lumières de différente longueur d’onde et ainsi tracer les courbes d’analyse spectrale de ces solutions représentant l’absorbance en fonction de la longueur d’onde. Pour tracer ces courbes, vous utiliserez le tableur-grapheur Synchronie. Vous rédigerez un court compte-rendu dactylographié. Vous regrouperez l’ensemble des fichiers de ce TP (compte-rendu sur traitement de texte, tableau et graphiques) dans un dossier portant le numéro du TP.

I. Questions préliminaires.

a) Rappeler les définitions d’une lumière monochromatique et d’une lumière polychromatique.

b) La lumière, ou domaine du visible, correspond aux radiations visibles par l’œil humain. Ces radiations ont des longueurs d’onde comprises entre 400 et 800 nm. Compléter les pointillés sur le schéma ci-dessous avec les couleurs correspondantes aux longueurs d’onde indiquées.

c) Décrire un montage pour observer le spectre de la lumière blanche émise par une lampe à incandescence.

Décrire et nommer ce spectre.

d) On étudie maintenant cette lumière après qu’elle a traversé une solution colorée. Cette solution est une solution bleue de sulfate de cuivre. Comment est modifié le spectre ? Comment appelle-t-on ce type de spectre ?

e) Si la solution est une solution violette de permanganate de potassium, que devient le spectre ?

f) Expliquer brièvement comment on peut relier la couleur d’une solution au spectre de la lumière que transmet cette solution.

Faisceau de lumière incidente d’intensité lumineuse I₀

Faisceau de lumière transmise d’intensité lumineuse I_t

Cuve contenant la solution

400 500 550 600 700 800  (nm)

………. …… …… ………. ……….. Couleurs

II. Travail expérimental.

Dans un même fichier Synchronie, vous devez tracer les courbes d’analyse spectrale : d’une solution de bleu patenté Ab = f()

d’une solution de jaune tartrazine Aj = f() d’une solution de colorant vert Av = f()

a) Suivre le mode d’emploi de votre spectrophotomètre pour mesurer l’absorbance de la solution de bleu patenté à différente longueur d’onde (faire varier la longueur d’onde de 20 en 20 nm)

b) Entrer vos valeurs au fur et à mesure dans le tableur de Synchronie. Faire tracer le graphique Ab=f().

c) Recommencer de la même manière pour la solution de jaune tartrazine, puis pour la solution de colorant vert.

Commenter les courbes obtenues en précisant pour chacune d’elle pour quelle(s) longueur(s) d’onde l’absorbance est-elle importante et à quelle couleur correspondent ces radiations.

Conclure sur la composition de la solution de colorant vert. Vérifier votre conclusion grâce à l’étiquette sur le flacon de ce colorant.

Exercice 1) Les couleurs de l’ion nickel (II) en solution aqueuse

Le spectre d’absorption d’une solution aqueuse de chlorure de nickel (Ni²⁺ + 2Cl^-) est représenté ci-dessous.

(figure 1)

a) Quelle doit être la couleur de cette solution ?

b) On ajoute une solution d’ammoniac concentrée à la solution précédente. Le spectre d’absorption de la solution limpide ainsi obtenue est représenté ci-dessous (figure 2). Qu’a-t-on pu observer au cours de l’addition de la solution d’ammoniac ?

Figure 1

Figure 2

2) Absorption d’une solution acide de dichromate de potassium.

On a mesuré l’absorbance A d’une solution acide de dichromate de potassium (2K⁺ + Cr2O72-) à différentes longueurs d’onde. Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau ci-dessous :

 (nm) 380 390 40 410 420 430 440 450 460 470

A 1,92 1,57 1,03 0,83 0,89 1,01 1,11 1,12 1,07 0,94

 (nm) 480 490 500 510 520 530 540 560 570

A 0,78 0,66 0,44 0,30 0,19 0,10 0,05 0,01 0,00

a) Tracer la courbe représentant l’absorbance de la solution en fonction de la longueur d’onde.

b) Ces résultats expérimentaux permettent-ils d’expliquer la couleur orangée de la solution ?