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Méthodes
d’analyse physique :
Dosages par
étalonnage, gaz parfaits et spectroscopie |
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Fiche de révision
Méthodes d’analyse physique :
Dosages par étalonnage, gaz parfaits et spectroscopie
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2)- Dosage spectrophotométrique |
Objectif général :
Savoir déterminer une concentration ou identifier une espèce chimique à partir d’une mesure expérimentale.
Le dosage par étalonnage consiste à déterminer la concentration d’une espèce en
comparant une grandeur mesurée à celle de solutions étalons.
On trace une courbe d’étalonnage reliant la grandeur mesurée à la
concentration.
Cette méthode fonctionne lorsque la grandeur mesurée est proportionnelle à la
concentration.
2)- Dosage spectrophotométrique
Une solution colorée absorbe une partie de la lumière visible.
Le spectrophotomètre mesure l’absorbance A.
Plus la solution est concentrée, plus l’absorbance est grande.
On choisit souvent la longueur d’onde λmax pour améliorer la
précision.
Loi de Beer-Lambert : A (λ) = ε (λ) . ℓ
. C.
A : absorbance (sans unité)
ε (λ) : coefficient d’extinction molaire (mol– 1. L. cm–
1)
ℓ : épaisseur de solution traversée (cm)
C : concentration (mol . L– 1)
si ℓ double, alors la valeur de l’absorbance A double ;
l’absorbance est une grandeur sans unité.
ε (λ) est appelé coefficient d’extinction molaire ou coefficient
d’absorption molaire
Il dépend de la nature de l’espèce dissoute et de la longueur d’onde λ de
la radiation utilisée
Le conductimètre mesure la conductance ou la conductivité d’une solution
ionique.
Plus une solution contient d’ions, plus elle conduit le courant.
Pour une solution diluée, la conductivité est proportionnelle à la
concentration.
Loi de Kohlrausch :
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
Concentration C : en mol . L– 1
Coefficient de proportionnalité k : en S . L . m– 1. mol–
1
Conductivité de la solution σ : en S . m– 1
4)- Quantité de matière d’un gaz
Un gaz parfait vérifie l’équation d’état :
Équation d’état du gaz parfait :
P . V = n . R . T
Pression P en pascal (Pa)
Volume V en mètre cube (m3)
Quantité de matière n en mole (mol)
Constant des gaz parfaits : R = 8,314 Pa . m3 .mol–1 . K–1
Température absolue T en kelvin (K)
Cette relation permet de calculer la quantité de matière d’un gaz.
La température doit être exprimée en kelvin : T (K) = θ (°C) +
273.
Le volume molaire Vm permet de relier la quantité de matière
de gaz n à son volume V.
V = n . Vm
La spectroscopie permet d’identifier une espèce chimique grâce à son interaction
avec la lumière.
En UV-visible, on étudie les longueurs d’onde absorbées.
En IR, on repère des bandes d’absorption caractéristiques des liaisons
chimiques.
Groupes caractéristiques à connaître :
Alcool, aldéhyde, cétone, acide carboxylique, ester, amine, amide.
A (λ) = ε (λ) × ℓ × C
σ = k × C
P × V = n × R × T
V = n × Vm
T (K) = θ (°C) + 273
La transmittance T :
avec I intensité lumineuse.
L’intensité lumineuse L s’exprime en candelas (cd).
La transmittance T est un nombre sans unité.
L’absorbance A : A = - log T
L’absorbance A est un nombre sans unité.
Conductance G :
-
La conductance G est en siemens (S).
La surface des électrodes S en mètre carré (m2).
La distance entre les électrodes ℓ en mètre (m)
La conductivité de la solution σ en siemens par mètre (S . m– 1)
Conductivité :
Conductivité molaire ionique d’un ion λ en (mS . m2 .
mol– 1)
Concentration molaire : [Xi] (mol·L−1 qu’il faut
exprimer en mol · m−3 )
Attention aux unités :
entre litre L, et mètre cube m3 (il faut exprimer la concentration en
mol · m−3)
Absorbance et conductivité sont souvent proportionnelles à la concentration pour
des solutions diluées.
Le dosage par étalonnage repose sur une comparaison avec des solutions de
référence.
Le spectre IR permet de reconnaître les groupes caractéristiques d’une
molécule.
Pour les gaz, il faut toujours vérifier les unités et utiliser la température en
kelvin (K).
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Thème |
Points importants à
retenir |
Formules
importantes |
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Dosage par étalonnage |
Permet de déterminer la concentration d’une espèce
en comparant une grandeur physique mesurée
avec celles de solutions étalons. |
Courbe d’étalonnage :
grandeur mesurée
Gm= f (C) |
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Spectrophotométrie |
Une solution colorée
absorbe une partie de la lumière.
On mesure
l’absorbance A à une longueur
d’onde choisie,
souvent λmax.
La grandeur T
représente la transmittance. |
T
= I / I0
A
= - log (T) |
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Loi de Beer-Lambert |
Pour une solution colorée suffisamment diluée,
l’absorbance A est proportionnelle à la
concentration
de l’espèce absorbante. |
A (λ) = ε (λ) × ℓ × C |
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Conductimétrie |
La conductance G
ou la conductivité σ d’une
solution ionique
dépend de la nature et de la
concentration des
ions présents. |
G
= I / U |
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Loi de Kohlrausch |
Pour une solution ionique diluée, la conductivité
σ est
proportionnelle à la concentration molaire du soluté
apporté. |
σ = k × C |
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Dilution |
Une solution trop
concentrée doit être diluée pour
rester dans le
domaine de validité
des lois
d’étalonnage. |
Cm
× Vm = Cf × Vf
F
= Cm / Cf = Vf /
V |
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Gaz parfait |
À basse pression, un gaz réel peut être assimilé
à un gaz parfait.
La température doit être exprimée en kelvin. |
P × V = n × R × T |
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Volume molaire
d’un gaz |
Dans les mêmes
conditions de température
et de pression, une
mole de gaz occupe
le même volume quel
que soit le gaz. |
Vm
= P × V / (R × T)
V
= n × Vm |
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Spectroscopie
UV-visible |
Le spectre d’absorption permet d’identifier
une espèce colorée grâce à la longueur d’onde
du maximum d’absorption λma. |
Domaine visible :
400 nm ≤ λ ≤ 800 nm |
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Spectroscopie infrarouge |
Un spectre IR
permet d’identifier les liaisons
et groupes
caractéristiques d’une molécule
grâce aux bandes
d’absorption. |
Nombre d’onde :
σ
= 1 / λ
σ
> 1600 cm⁻¹ |
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À savoir par cœur |
Formule / idée
essentielle |
Unités à ne pas
oublier |
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Étalonnage |
On compare une grandeur mesurée
à une courbe d’étalonnage pour
trouver C. |
C
: mol·L−1 ou mmol·L−1 |
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Spectrophotométrie |
T = I / I0 |
A et T : sans unité
I : cd |
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Beer-Lambert |
A
= ε × ℓ × C |
ε
: L·mol−1·cm−1 |
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Conductimétrie |
G = I / U |
I
: A ; U : V ; G : S |
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Kohlrausch |
σ
= k × C |
λi
: S·m2·mol−1 |
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Gaz parfait |
P × V = n × R × T |
P : Pa ; V : m3 |
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Volume molaire |
Vm = P × V / (R × T)
V
= n × Vm |
Vm
: L·mol−1 ou m3·mol−1 |
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Spectroscopies |
UV-visible : identifier une espèce colorée. |
Visible : 400 nm – 800 nm |
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