Terminale spécialité SPC Th2 - Composition et évolution d'un système
Chapitre 2 - Analyse physique d’un système chimique
Objectifs
• Exploiter la loi de Beer-Lambert, la loi de Kohlrausch ou l’équation d’état du gaz parfait pour déterminer une concentration ou une quantité de matière et connaître les domaines de validité de ces relations.
• Mesurer une conductance ou une conductivité.
• Tracer une courbe d’étalonnage pour déterminer une concentration.
• Exploiter, à partir de données tabulées, un spectre d'absorption infrarouge ou UV-visible pour identifier un groupe caractéristique ou une espèce chimique.
I - Dosages par étalonnage.
● Doser une espèce en solution consiste à déterminer
● Réaliser un dosage par étalonnage consiste à déterminer la concentration d’une espèce en solution en comparant une , caractéristique de la solution, à la même grandeur physique mesurée pour .
● La détermination de la concentration se fait soit par lecture sur le graphique de la courbe d’étalonnage soit par calcul à partir de l’équation modélisant le graphique. Le dosage par étalonnage est une méthode car elle ne met pas en jeu de réaction chimique.
I.1. Dosage spectrophotométrique
• La grandeur physique mesurée est d’une solution absorbante.
L’absorbance est mesurée avec un spectrophotomètre. https://urlgo.fr/tFGo
• Pour une longueur d’onde λ fixée, pour une solution suffisamment diluée , l’absorbance A d’une solution est à la concentration en quantité de matière C de l’espèce absorbante.
• La relation de traduit la proportionnalité entre A et C : https://urlgo.fr/Pn8e
l : épaisseur de solution traversée par la lumière.
ε : coefficient d’absorption molaire de l’espèce absorbante.
• Cette expression peut être simplifiée en
I.2. Dosage conductimétrique
• Une solution ionique conduit le courant électrique généré par le déplacement des ions dans deux sens opposés.
I.2.1. Conductance
La est la capacité d'un corps, à laisser passer une certaine quantité de courant électrique, elle s’exprime en et correspond à l’inverse de la résistance :
• Expérimentalement, les mesures sont réalisées à l’aide d’un . I.
2.2 Conductivité
• Pour une solution, la conductance est proportionnelle à l’aire S des électrodes immergées et inversement proportionnelle à la distance l qui les sépare. On peut exprimer G par la relation :
• σ est la de la solution, elle s’exprime en .
• Le quotient est parfois appelé la I.
2.3. Loi de Kohlrausch
• Chaque ion participe à la conduction du courant électrique de façon différente. On attribue à chaque ion une . La conductivité globale de la solution dépend de la contribution de chacun de ces ions, donc de leurs natures et de leurs concentrations. Une solution ionique diluée contenant les ions de concentration en quantité de matière et de conductivité molaire ionique spécifique λ[Xi] a une conductivité σ donnée par la loi de :
Exemple
On mesure la conductivité σ d’une solution de nitrate de nickel de concentration c : σ = 5,00 × 10-2 S.m-1 On souhaite déterminer la concentration c de cette solution.
• Si la solution ionique est suffisamment diluée (C < 10-2mol.L-1) et ne contient qu’un seul soluté ionique, la conductivité σ est proportionnelle à sa concentration C en soluté ionique apporté.
La loi de Kohlrausch prend alors la forme simplifiée :
Remarque : Les lois de Kohlrausch et Beer-Lambert ont des équations similaires.
II – Gaz parfait
• Un gaz est constitué de en mouvement permanent et désordonné. On parle de gaz parfait si les particules qui composent le gaz sont les unes des autres pour ne pas être et lorsque la somme de leurs volumes propres est très inférieure au volume total.
II.1. Equation d’état du gaz parfait
• A basse pression, tous les gaz peuvent être assimilés à des gaz parfaits.
• Pour une quantité de matière n de gaz parfait, pression, température et volume sont liés par l’équation d’état suivante :
Exemple :
Une enceinte de 0,31L contient un gaz sous une pression de 1,20 × 105 Pa à une température de 22°C.
Calculez la quantité de matière de ce gaz contenue dans l’enceinte.
II.2. Volume molaire
Le volume molaire des gaz Vm est le ( ou volume occupé par une mole de gaz) pour . Il ne dépend pas du gaz considéré : C’est la loi d’ :
Exemple :
- A une pression P = 1,01 × 105 Pa et une température T = 25,00°C, le volume molaire est égale à :
- A une pression P = 1,01 × 105 Pa et une température T = 0,00°C, le volume molaire est égale à :
II – Spectroscopies
III.1. Spectroscopie UV-visible
● Les solutions colorées absorbent dans le domaine visible, . Les solutions incolores peuvent absorber des radiations dans le Le graphique qui représente l’absorbance en fonction de la longueur d’onde λ est appelé spectre d’absorption « UV-visible ».
● L’allure du spectre et la valeur de la longueur d’onde de l’absorbance maximale peuvent permettre l’identification d’une espèce chimique.
Exemple :
Le spectre du bleu de méthylène
III.2. Spectroscopie infrarouge.
● La spectroscopie infrarouge (IR) est une technique d’analyse des molécules utilisée en chimie organique.
● L’identification des bandes d’absorption du spectre IR nécessite l’utilisation de tables de spectroscopie IR
Exemple :
- Déterminer la formule semi développé de la molécule organique de formule brute C4H8O dont le spectre infrarouge est donné
