Chapitre 2 : Composition chimique des solutions (Loi de Beer-Lambert)
0. Objectifs du chapitre (livre p. 31)
Savoir déterminer la concentration en quantité de matière d'une espèce en solution Savoir prévoir et expliquer la couleur d'une solution à partir de son spectre UV-visible Savoir déterminer expérimentalement la concentration d'une espèce colorée en solution Connaître et savoir exploiter la loi de Beer-Lambert
1. Espèce colorée en solution (livre p. 35)
1A. Qu'est-ce qu'une solution (cours de seconde, rappel) ?
Soluté + Solvant = Solution (après dissolution du soluté dans le solvant par agitation) Exemple 1 : sel + eau = eau salée
Exemple 2 : sirop de menthe + eau = menthe à l'eau
Exemple 3 : eau + éthanol (ou éthanol + eau) = mélange homogène d'eau et d'éthanol Si le solvant est de l'eau, on parle de solution aqueuse (aqua = eau en latin)
Dans les exemples 1 et 2, le solvant est de l'eau, donc ce sont des solutions aqueuses Dans l'exemple 3, on peut parler de solution aqueuse s'il y a plus d'eau que d'éthanol Le solvant est toujours majoritaire par rapport au soluté
Dans les exemples 1 et 3, on a une solution incolore Dans l'exemple 2, on a une solution colorée 1B. Concentration d'une solution (cours)
Concentration en masse
Concentration en quantité de matière (ou concentration en moles)
Relation entre les deux
Utilisation des crochets pour la concentration en mole d'une espèce chimique ionique
1C. Couleur d'une solution colorée
Lorsqu'une solution est traversée par de la lumière blanche, certaines radiations sont absorbées et d'autres sont transmises. La couleur perçue d'une solution est complémentaire des radiations absorbées qui traversent la solution. Des couleurs
complémentaires sont diamétralement opposées sur le cercle chromatique
Cercle chromatique simplifié
Exemple 1 : si une solution est bleue, c'est qu'elle absorbe le rouge et le vert (= jaune) car le jaune est complémentaire du bleu
Exemple 2 : si une solution est jaune, c'est qu'elle absorbe le bleu et laisse passer le rouge et le vert (=jaune) car le bleu est complémentaire du jaune
Exemple 3 : si une solution est verte, c'est qu'elle absorbe le rouge et le bleu (= magenta) car le magenta est complémentaire du vert
Exemple 4 : si une solution est magenta, c'est qu'elle absorbe le vert et laisse passer le rouge et le bleu (=magenta) car le vert est complémentaire du magenta
Exemple 5 : si une solution est rouge, c'est qu'elle absorbe le bleu et le vert (=cyan) car le cyan est complémentaire du rouge
Exemple 6 : si une solution est cyan, c'est qu'elle absorbe le rouge et laisse passer le vert et le bleu (=cyan) car le rouge est complémentaire du cyan
Plus la concentration d'une espèce chimique colorée en solution est élevée, plus les radiations sont absorbées et plus la solution est foncée
1E. Absorbance d'une solution colorée à une longueur d'onde bien définie
Absorbance d'une solution colorée à une certaine longueur d'onde fixée
Pour une longueur d'onde lambda donnée (lumière monochromatique), l'absorbance A quantifie la proportion des radiations incidentes d'intensité I0 absorbées en mesurant l'intensité des radiations non absorbées I. La courbe A=f(lambda), avec lambda la longueur d'onde de la lumière,
est appelée spectre d'absorption. Elle permet de déterminer la longueur d'onde de l'absorbance maximale, notée Amax et correspondant à la couleur complémentaire de la solution.
Spectre d'absorption du bleu de méthylène 2. Dosage spectrophotométrique par étalonnage (livre p. 36)
2A. Loi de Beer-Lambert
Pour une longueur d'onde (notée lambda minuscule grec) donnée, l'absorbance A d'une espèce chimique donnée en solution diluée et placée dans une cuve de largeur donnée est proportionnelle à sa concentration. La constante de proportionnalité k est elle-même proportionnelle à la largeur l de la cuve (constante) et au coefficient d'extinction molaire (noté epsilon minuscule grec) de la solution (qui dépend de l'espèce chimique et de la longueur d'onde)
2B. Dosage spectrophotométrique par étalonnage
Vidéo : les bons profs (absorbance et loi de Beer-Lambert)
On mesure l'absorbance de la solution colorée à plusieurs concentrations connues puis on trace la droite (loi de Beer-Lambert) qui passe par ces points. Enfin, on mesure l'absorbance de la même solution colorée mais dont on ne connaît pas la concentration. À partir de l'absorbante et de la courbe d'étalonnage, on pourra retrouver la concentration de la solution
3. Travaux Pratiques (site perso)
TP1 : Fabrication d'une solution de sulfate de cuivre pentahydraté et mesure d'absorbance à lambda = 680 nm
TP3 : Fabrication d'une échelle de teintes pour doser une solution de sulfate de cuivre et vérifier la loi de Beer-Lambert
4. Exercices (livre p. 38 à 47) QCM (livre p. 38)
Pour s'échauffer, pour commencer (livre p.39 et 40) Exercice corrigé du livre (dosage des ions dichromate p. 41) Pour s'entraîner (livre p. 42, 43 et 44)
Pour aller plus loin (livre p. 45)
