Cours chapitre 2

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1G-SPE Cours sur le chapitre 2 : Composition chimique des solutions

1 Espèce colorée en solution

1.1 Concentration d'une espèce dissoute

1.1.1 Concentration en masse

c_m = m_soluté

V_solution =γ (gamma minuscule grec)







c_m concentration en masse eng.L⁻¹ m_soluté masse de soluté eng

V_solution volume de solution enL 1.1.2 Concentration en quantité de matière

c= n_soluté V_solution







c concentration en moles enmol.L⁻¹ n_soluté nombre de moles de soluté en mol V_solution volume de solution en L

1.1.3 Relation entre les deux c_m = m_soluté

V_solution = n_soluté.M_soluté

V_solution =M_soluté. n_soluté

V_solution =M_soluté.c soit c_m =M_soluté.c et c= c_m

M_soluté







c_m concentration en masse eng.L⁻¹ M masse molaire en g.mol⁻¹

c concentration en moles enmol.L⁻¹ 1.1.4 Cas d'un soluté ionique

[Cl⁻] = n(Cl⁻) V_solution







[Cl⁻] concentration en moles d'ions chlorure en mol.L⁻¹

n(Cl⁻) quantité de matière d'ions chlorure dans la solution en mol V_solution volume de solution enL

1.2 Couleur d'une solution

Lorsqu'une solution est traversée par de la lumière blanche, certaines radiations sont absorbées et d'autres sont transmises. La couleur perçue (due aux radiations traversant la solution) est complémentaire de la couleur absorbée (diamètralement opposée sur le cercle chromatique).

Figure 1 Cercle chromatique simplié

1 E. H.

(2)

Plus la concentration d'une espèce chimique colorée en solution est élévée plus les radiations, de telle ou telle couleur dans le visible, sont absorbées, et plus la solution est foncée.

1.3 Absorbance d'une solution

Figure 2 Absorbance d'une solution

A = log₁₀ I₀

I

⇔ I₀

I = 10^Aexemple :si A= 1alors I₀

I = 10¹ = 10donc I = I₀

10 = 0,1·I₀ Pour une longueur d'onde λ donnée (lumière monochromatique), l'absorbance Aλ quantie la proportion des radiations incidentes d'intensité I0 absorbées en mesurant l'intensité des radiations non absorbées I. La courbe Aλ=f(), avecλ(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.

Un spectrophotomètre permet d'eectuer des mesures d'absorbance sur une gamme de longueurs d'onde qui s'étend sur les ultraviolets proches (200 nm à 400 nm) et le domaine visible (400 nm à 800 nm).

Figure 3 Spectre d'absorption du bleu de méthylène

2 E. H.

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2 Dosage spectrophotométrique par étalonnage

2.1 Loi de Beer-Lambert

Pour une longueur d'onde (notée lambda minuscule grec)λdonnée, 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 coecient d'extinction molaire (noté epsilon minuscule grec) de la solution (qui dépend de l'espèce chimique et de la longueur d'onde).

A=k.c







A absorbance sans unité c concentration en mol.L⁻¹

k =_λ.l constante de proportionnalité en L.mol⁻¹

2.2 Dosage spectrophotométrique par étalonnage

Figure 4 En orange : courbe d'étalonnage absorbance en fonction de concentration obtenue à partir de quatre solutions étalon 1, 2, 3 et 4 (points verts) et détermination d'une concentration inconnue cs à partir d'une mesure d'absorbance As

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. Enn, on mesure l'absorbance de la même solution colorée mais dont on ne connaît pas la concentration. À partir de l'absorbance et de la courbe d'étalonnage, on pourra retrouver la concentration de la solution (en faisant le travail "à l'envers", c'est à dire en partant de l'ordonnée (axe vertical) pour revenir à l'abscisse correspondante (axe horizontal), ce qui permet de trouver la concentration de la solution inconnue.

Lorsque la droite d'étalonnage est une droite passant par l'origine (cas de la loi de Beer- Lambert), on dit que les deux grandeurs en abscisse et en ordonnée sont proportionnelles.

C'est très pratique de pouvoir mesurer une grandeur abstraite ou dicile à mesurer voire dicile à comprendre si on peut mesurer une autre grandeur, beaucoup plus concrète et beaucoup plus facile à mesurer et beaucoup plus facile à comprendre et qui lui est proportionnelle. En eet, si cette grandeur est multipliée par 2 ou par 3, c'est que la grandeur de départ est aussi multipliée par 2 ou par 3.

La physique est une science de la mesure et on peut mesurer très précisément une grandeur physique qu'on ne comprend pas très bien à partir d'une grandeur physique beaucoup plus facile à comprendre et à mesurer et qui lui est proportionnelle. En mesurant quelque chose qu'on ne comprend pas très bien, cela permet toujours de mieux le comprendre, y-compris si on le fait de manière indirecte (par proportionnalité ou par étalonnage, dans un cadre plus général).

3 E. H.