Partie III : Chimie (Ch. 2) Ch. 8 : Analyses physiques d’un système chimique

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2) Ch.

8 : Analyses physiques d’un système chimique 1.

Analyse par absorbance 2. 3. 1. Analyse par conductance Analyse par mesure de pression Analyse par absorbance 1.1. Solutions colorées La faculté qu’à une entité colorée dissoute (molécule ou ion) à empêcher une longueur d’onde (couleur) de la traverser est représentée par une grandeur physique appelée coefficient d’extinction molaire et noté ε (epsilon). Si dans une solution aqueuse, aucune espèce présente ne peut stopper les longueurs d’onde du visible, la solution apparaîtra incolore et limpide . A l’inverse, si un soluté est capable d’absorber certaines longueurs d’onde particulières tout en en laissant passer d’autres, la solution prendra une teinte particulière dépendant des longueurs d’onde principalement arrêtées . ε Rouge ≈ 0 ε Vert ≈ 0 ε Bleu ≈ 0 ε Rouge ≈ 0 ε Vert >> 0 ε Bleu > 0   Si l’on place un soluté qui colorie l’eau, on remarque logiquement que : • tel un sirop, plus il est concentré, plus l’eau prend une couleur foncée. • tel un sirop, plus le récipient qui le contient est large, plus la solution paraît foncée. La même solution dans un tube à essai de largeur l parait moins colorée que dans un bécher de largeur L > l. L A retenir : l • L’absorbance A(λ) d’une solution caractérise sa capacité à absorber une radiation de longueur d’onde λ donnée qui la traverse. Si, pour une longueur d’onde λ donnée, la solution laisse complètement passer la radiation, son absorbance pour cette longueur d’onde est donc nulle.

Donc, pour l’eau pure, ∀λ dans le visible, A = 0. • Dans une solution où A(λ) ≠ 0 pour une longueur d’onde donnée, on remarque que : - si la largeur l de la cuve qui contient la solution est élevée, alors l’absorbance augmente.

A dépend donc de l. - si la concentration C du soluté coloré dans la solution augmente, alors l’absorbance augmente.

A dépend donc de C. - si l’espèce en solution possède un coefficient d’extinction molaire nul pour λ alors l’absorbance est nulle.

A dépend donc de ε. Loi de Beer – Lambert A sans unité ε en L⋅mol-1⋅cm-1 l en cm C en mol⋅L-1 A(λ ) = ε λ × l × C A noter : Cette loi montre entre autre que pour une longueur d’onde donnée, l’absorbance d’une solution est proportionnelle à sa concentration 1.2. A A = Cste × C A(λ ) = Cste × C avec Cste = ε⋅l C Spectre d’absorption Faisceau transmis Faisceau incident Lorsqu’un faisceau de lumière polychromatique contenant toutes les longueurs d’onde du visible traverse une espèce colorée dissoute dans un solvant, l’intensité du faisceau transmis I est inférieure à l’intensité incidente I0.

Cette diminution d’intensité est due à l’absorption plus ou moins importante par la substance colorée de certaines des longueurs d’onde incidentes. Chaque longueur d’onde composant le faisceau de lumière incident va être plus ou moins arrêtée par l’espèce dissoute dans la solution de la cuve. Cuve contenant la solution colorée A = f (λ ) A Le spectre d’une espèce dissoute dans un solvant donné contient une ou plusieurs larges bandes d’absorption. Lorsqu’une espèce chimique absorbe dans un seul domaine de longueur d’onde, sa couleur en solution est la couleur complémentaire de celle absorbée. Chaque bande d’absorption est caractérisée par : Bande d’absorption λ (nm) • L’abscisse λmax de son maximum d’absorption. • La valeur du coefficient d’absorption molaire ε de l’espèce pour λmax. FAISCEAU TRANSMIS 400 Roue des couleurs : deux couleurs diamétralement opposées sont complémentaires. 1 / 4 - TERMINALE SPECIALITÉ 500 600 λmax 700 FAISCEAU INCIDENT Partie III - Chapitre 8 Exercice 1 : Pour aller plus loin… 1.

Quelle est la couleur de la solution analysée ci-dessus ? 2.

Si pour une longueur d’onde de 670 nm l’intensité transmise est nulle, déterminer la valeur de la transmittance. 3.

Si l’espèce dissoute dans la cuve n’absorbe pas du tout l’intensité lumineuse pour λ = 405 nm, déterminer la valeur de l’intensité transmise I.

En déduire la transmittance T à cette longueur d’onde. 4.

Déterminer alors l’absorbance de l’espèce à 405 nm et 670 nm. Pour chaque longueur d’onde, on définit alors : • la transmittance : T = I / I0 • l’absorbance : A = - log (T) Le spectrophotomètre permet de déterminer précisément les valeurs de A et T. 5.

Pour l’espèce considérée, que vaut ε(405 nm) ? 6.

Quelle est la couleur de la solution ayant la courbe d’absorbance ci-contre ? vjh 1.3. Courbe d’absorbance en fonction de la longueur d’onde. A λ 200 400 800 nm 600 Dosage par étalonnage Exercice 2 : A On dispose d’une solution S de chlorure de nickel de concentration CS inconnue. Pour déterminer cette concentration, on prépare une série de solutions étalons de chlorure de nickel à diverses concentrations. 1.

En observant le spectre d’absorption d’une solution quelconque de chlorure de nickel, déterminer la longueur d’onde idéale λ0 pour effectuer un dosage spectrophotométrique par étalonnage. 0,40 0,20 500 On mesure alors l’absorbance à la longueur d’onde λ0 des solutions étalons de chlorure de nickel. Solution étalon 1 2 3 4 5 C (mmol/L) 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 Absorbance mesurée 0,10 0,12 0,16 0,17 0,21 λ (nm) 0,00 600 700 800 2.

Les solutions étalons ont été obtenues en diluant une solution mère de concentration C0 = 0,100 mol/L.

Déterminer le volume de la solution mère qu’il a fallu prélever pour fabriquer 50 mL de la solution étalon 1. 3.

Tracer sur la graphe ci-contre la droite d’étalonnage à partir des valeurs obtenues avec les solutions étalons. 4.

A partir de la loi de Beer–Lambert, montrer que pour une même espèce chimique dissoute, l’absorbance de la solution est proportionnelle à la concentration du soluté. 5.

Justifier alors l’allure de la courbe d’étalonnage obtenue sur le graphe ci-contre. 6.

On place la solution S dans la cuve du spectrophotomètre et on mesure, pour la longueur d’onde λ0, une absorbance AS = 0,14. Déterminer à partir de la droite d’étalonnage la valeur de la concentration CS inconnue. A retenir : • Un titrage, ou dosage, consiste à déterminer la concentration en quantité de matière C ou la concentration massique t d’un soluté dissout dans une solution. • Un dosage par étalonnage consiste à utiliser une grandeur de la solution qui est proportionnelle à la concentration du soluté à doser (absorbance A ou conductance G). • Méthode du dosage par étalonnage :  On prépare plusieurs solutions de concentrations différentes de l’espèce à doser : c’est les solutions étalons.  On mesure la grandeur proportionnelle à la concentration pour les solutions étalons et on trace la droite d’étalonnage.  On mesure la grandeur proportionnelle de la solution dont on veut déterminer le titre et, par lecture graphique, on détermine sa concentration. 2. 000 Analyse par conductance 2.1. 205 472 Courant dans une solution On branche sur un générateur muni d’un écran indiquant l’intensité (en mA) qu’il débite, deux électrodes en graphite que l’on plonge dans un bécher rempli d’une solution aqueuse. On teste alors 4 solutions aqueuses :     002 eau pure (H2O) eau sucrée (H2O + C12H22O11) + eau peu salée (H2O + Na + Cl ) + eau très salée (H2O + Na + Cl ) 2 / 4 - TERMINALE SPECIALITÉ     Exercice 3 : 1.

Quelles charges mobiles permettent le passage du courant dans un solide ? 2.

Que faut-il trouver dans une solution pour qu’elle puisse conduire le courant ? 3.

Décrire le mouvement de ces charges en solution lors du passage.... »