QCM N° 02 Méthodes d'analyse physique

QCM N° 02

Méthodes d’analyse physique

Les dosages par étalonnage

La détermination d’une quantité de gaz

La spectroscopie

AIDE

Pour chaque question, indiquer la (ou les) bonne(s) réponse(s).

Énoncé

Un dosage par

étalonnage :

Est réalisé

en utilisant

des solutions

étalons.

Met en

jeu une

réaction

chimique

Permet de

déterminer la

concentration

d’une espèce

chimique

La droite d’étalonnage

d’un dosage

spectrophotométrique :

Peut être

exploitée avec

la loi de

Beer-Lambert

A un

coefficient

directeur

sans unité

Est la droite

représentative

de A = f (C)

L’absorbance d’une

solution colorée

diluée est :

Indépendante de

l’espèce chimique

absorbante

Proportionnelle

à la

concentration

en espèce

absorbante

Est un

nombre

sens

unité

Le graphe ci-dessous

a été obtenu lors d’un

dosage par

conductimétrie.

Ce graphe :

Traduit la

relation de

proportionnalité

entre σ et C

Traduit la

loi de

Beer-Lambert

Est une

courbe

d’étalonnage

La conductivité d’une

solution C en soluté est

σ = 1,0 mS . cm^–1. En

exploitant le graphe

ci-dessus, on

détermine que :

C = 4,0 mmol . L^–1

L’équation de

la courbe est

σ = 0,25 × C

L’équation

de la

courbe est

σ = 4,0 × C

L’équation d’état

du gaz parfait :

S’écrit

P . V = n . R . T

Est valable

quelle que

soit la

pression

du gaz

Permet de

calculer une

quantité de

matière

de gaz

Lors de l’utilisation de

l’équation d’état du

gaz parfait :

La température

doit être

exprimée

en ° C

Le volume

doit être

exprimé

en L

La pression

doit être

exprimée

en Pa

Pour calculer une

quantité de matière n

de gaz, on peut utiliser

la relation :

n = C × V_solution

Le spectre UV-visible

d’une molécule peut

permettre :

De déterminer

les groupes

caractéristiques

qu’elle contient

D’identifier

sa chaîne

carbonée

l’identifier

Les bandes d’absorption

du spectre IR d’une

molécule de nombres

d’onde supérieurs

à 1500 cm^–1 peuvent

permettre :

De déterminer

les groupes

caractéristiques

qu’elle contient

D’identifier

sa chaîne

carbonée

l’identifier

Réaliser un dosage par étalonnage consiste à déterminer

la concentration d’une espèce en solution en comparant

une grandeur physique, caractéristique de la solution, à

la même grandeur physique mesurée pour des solutions étalons.

L’absorbance d’une solution diluée contenant une espèce colorée

est proportionnelle à la concentration (effective) C de cette espèce

et à l’épaisseur ℓ (cm) de la solution traversée par le faisceau lumineux.

A (λ) = ε (λ) . ℓ . C

A : absorbance : grandeur sans unité

ℓ : largeur de la cuve (épaisseur de la solution traversée) (cm)

ε (λ) : coefficient d’extinction molaire (mol^{– 1}. L. cm^{–
1})

C : concentration de l’espèce absorbante (mol . L^{– 1})

	G est la conductance en siemens S
	S : surface des électrodes en m².
	ℓ : distance entre les électrodes en m.
	σ : conductivité de la solution en S . m^{– 1}

La conductivité σ d’une solution diluée d’une espèce ionique

dissoute est proportionnelle à sa concentration molaire C en

soluté apporté :

σ = k . C

σ = k . C	C ; concentration en mol . L^{– 1}
	k : coefficient de proportionnalité en S . L . m^{– 1}. mol^{– 1}
	σ : conductivité de la solution en S . m^{– 1}

P . V = n . R . T
P	Pression en pascal (Pa)
V	Volume en mètre cube (m³)
n	Quantité de matière en mole (mol)
R	Constant des gaz parfaits : R = 8,314 Pa . m³ .mol^–1 . K^–1
T	Température absolue en kelvin (K)


P	Pression en pascal (Pa)
V	Volume en mètre cube (m³)
n	Quantité de matière en mole (mol)
R	Constant des gaz parfaits : R = 8,314 Pa . m³ .mol^–1 . K^–1
T	Température absolue en kelvin (K)

Le volume molaire d’un gaz parfait est le volume occupé par une mole de ce gaz

P	Pression en pascal (Pa)
V_m	Volume en mètre cube par mole (m³. mol^–1)
R	Constant des gaz parfaits : R = 8,314 Pa . m³ .mol^–1 . K^–1
T	Température absolue en kelvin (K)

Groupe caractéristique	Famille de composés	Formule générale
– OH Hydroxyle	Alcool	R – OH
Carbonyle	aldéhyde
Carbonyle	Cétone
carboxyle	Acide carboxylique
groupe ester	Ester
double liaison carbone-carbone	Alcène
groupe amine	Amine (Primaire)
groupe amide	Amide

Liaison	σ (cm^–1)	Bande
–O – H Alcool	3200 – 3400	Bande forte et large
–O – H Acide carboxylique	2600 – 3200	Bande forte et large
C = O Aldéhyde Cétone Acide carboxylique	1700 – 1760	Bande forte et fine
C = O Ester	1700 - 1740	Bande forte et fine
C = C Alcène	1625 - 1685	Bande moyenne
N – H Amine	3100 - 3500	Bande moyenne

- On utilise le fait que toute solution colorée absorbe la lumière visible (400 nm < λ0 < 800 nm).

- Lorsqu’un faisceau de lumière monochromatique traverse un milieu absorbant, l’intensité lumineuse I du faisceau transmis est inférieure à l’intensité lumineuse I0 du faisceau incident.

- Pour évaluer cette diminution, on utilise :

- La transmittance T ou l’absorbance A :

- Définition :

- La courbe A = f (C) constitue la courbe d’étalonnage de la substance étudiée.

- Elle permet de déterminer la concentration d’une solution de la substance étudiée.

- Elle permet donc de doser une espèce chimique colorée.

- On écrit :

- Par définition, le coefficient de proportionnalité est appelé :

- Conductivité de la solution ionique que l’on note σ ‘’sigma minuscule’’.

- La conductance G est l’inverse de la résistance R d’une portion de solution.

- G dépend de la solution et des caractéristiques géométriques de la cellule de mesure.

- Pour s’affranchir de ces caractéristiques, on définit la conductivité σ à partir de la conductance :

- G = kcellule . σ

- La grandeur kcellule est la constante de la cellule.

- Dans une solution électrolytique, ce sont les ions qui sont responsables du passage du courant.

- Un courant dans une solution est dû à la circulation des ions positifs et négatifs se déplaçant en sens inverse.

- Chaque ion dans la solution contribue à la conductivité de celle-ci.

- La conductivité σ de la solution est égale à la somme des conductivités due aux cations et aux anions.

- On écrit :

- σ = σ (+) + σ (–)

- Formule générale :

-

- La conductivité σ d’une solution ionique dépend de la nature des ions présents Xi et de leur concentration [ Xi ] respectives.

- À partir de la mesure de la conductivité d’une solution, on peut déterminer la valeur de sa concentration.

- À basse pression, tous les gaz peuvent être assimilés à des gaz parfaits.

- Pour un gaz réel :

- P . V ≈ n . R . T si la pression est faible et si la température n’est pas trop basse.

- Dans les conditions habituelles de température et de pression, l’air (mélange de gaz) se comporte comme un gaz parfait.

- Autre relation :

- Le volume molaire Vm permet de relier la quantité de gaz n à son volume V.

- V = n . Vm

- Les solutions colorées absorbent certaines radiations dans le domaine du visible, dont la longueur d’onde est comprise entre :

- 400 nm ≤ λ ≤ 800 nm

- Les solutions incolores peuvent absorber des radiations dans le domaine ultraviolet :

- Pour une espèce chimique colorée, on peut tracer le graphe donnant l’absorbance A en fonction de la longueur d’onde λ.

- On obtient alors le spectre d’absorption de l’espèce chimique.

- La valeur de la longueur d’onde correspondant à l’absorbance maximale du spectre d’absorption peut permettre l’identification d’une espèce chimique.

- Exemple :

- Spectre d’absorption de la L-tyrosine :

- Spectre d’absorption de la solution aqueuse de diiode :

- La spectroscopie IR est une spectroscopie d’absorption.

- Les composés organiques absorbent aussi dans le domaine de l’infrarouge.

- Pour ces spectres, on fait figurer :

- La transmittance T ou intensité lumineuse transmise par l’échantillon analysé en ordonnée (elle s’exprime en pourcentage)

- Le nombre d’ondes σ en abscisse.

- Le nombre d’ondes σ est l’inverse de la longueur d’onde λ.

- Cette zone ne contient qu’un nombre limité de bandes, correspondant à des types de liaisons particuliers.

- Chaque bande est caractérisée par :

- Sa position dans le spectre (la valeur du nombre d’onde du minimum de transmittance,

- Sa largeur (bande large ou fine),

- Son intensité (faible, moyenne ou forte), correspondant à la valeur minimale de la transmittance.

- Il s’agit d’une zone très riche en bandes d’absorption pour les molécules organiques possédant un ou plusieurs atomes de carbone.

- Elle est généralement exploitée qu’en comparaison avec un spectre de référence.

- Cette zone s’appelle l’empreinte digitale de la molécule.

- Un spectre infrarouge nous renseigne sur la nature des liaisons présentes dans la molécule et permet d’en identifier les groupes caractéristiques.

- On utilise le fait que toute solution colorée absorbe la lumière visible (400 nm < λ₀ < 800 nm).

- Lorsqu’un faisceau de lumière monochromatique traverse un milieu absorbant, l’intensité lumineuse I du faisceau transmis est inférieure à l’intensité lumineuse I₀ du faisceau incident.

- G = k_cellule . σ

- La grandeur k_cellule est la constante de la cellule.

- La conductivité σ d’une solution ionique dépend de la nature des ions présents X_i et de leur concentration [ X_i ] respectives.

- Le volume molaire V_m permet de relier la quantité de gaz n à son volume V.

- V = n . V_m