🧪 Chapitre 2 : Méthodes physiques d'analyse⚓︎
▶️ Capsule : Le cours complet
▶️ Capsule : Le cours complet 2
▶️ Rappel pour les ECE : Protocole de la dilution
🔍 I. Identification d'espèces par spectroscopie⚓︎
A savoir
🌈 1. La spectroscopie UV-Visible⚓︎
▶️ Capsule : La spectroscopie UV-Visible
La spectroscopie UV-visible est une spectroscopie d'absorption utilisant le rayonnement ultraviolet et visible (UV-visible).
📊 Un spectre d'absorption UV-visible est un graphique qui représente l'absorbance d'une espèce chimique en fonction de la longueur d'onde (en nm) de la radiation.
🎨 La valeur de la longueur d'onde correspondant à l'absorbance maximale du spectre, permet de connaître la couleur de l'espèce chimique en solution grâce à l'utilisation du spectre chromatique.
💡 Exemple : le bleu de méthylènee.
Sur le spectre d'absorption, le maximum d'absorption se situe à la longueur d’onde \(\lambda = 660nm\).
Sur le cercle chromatique la longueur d'onde \(\lambda = 660nm\) correspond au rouge. La couleur complémentaire du rouge est le cyan : la solution de bleu de méthylène est de couleur cyan.
📡 2. La spectroscopie infrarouge (IR)⚓︎
▶️ Capsule : La spectroscopie infrarouge (IR)
La spectroscopie infrarouge est une spectroscopie d'absorption utilisant le rayonnement infrarouge (IR).
📈 Le spectre infrarouge est un graphique représentant :
-
En abscisse : le nombre d'ondes \(\sigma\) en cm⁻¹, relié à la longueur d'onde \(\lambda\) par la relation : \(\sigma = \frac{1}{\lambda}\)
-
En ordonnée : la transmittance T en pourcentage
🔽 Dans un spectre infrarouge on voit apparaître des bandes d'absorption (pics orientés vers le bas) : plus le pic est grand, plus la transmittance est faible et plus l'absorbance est grande.
🔗 Chaque bande d'absorption du spectre infrarouge correspond à un nombre d'onde qui permet d'identifier la présence de liaisons (C=O, O-H) dans la molécule : on peut ainsi en déduire la présence de certains groupes caractéristiques.
⚠️ Les zones d'identification des groupes caractéristiques correspondent à la zone telle que \(\sigma > 1600 cm^{-1}\).
📋 Tableau des liaisons caractéristiques⚓︎
| 🔗 Liaison | O-H (hydroxyle) | O-H (Carboxyle) | C=O |
|---|---|---|---|
| 📏 Nombre d'onde \(\sigma (cm^{-1})\) | 3200-3400 Bande forte et large |
2600-3200 Bande forte et très large |
1700-1760 Bande forte et fine |
🧬 Groupes caractéristiques⚓︎
🟦 Exemples⚓︎
▶️ Capsule : Un exemple d'utilisation de la spectroscopie infrarouge
🧪 II. Identification d'espèces par mesure physique en solution⚓︎
A savoir
📊 1. Dosage par étalonnage⚓︎
Un dosage par titrage indirect est appelé dosage par étalonnage. Il consiste à :
- 🔬 Construire une gamme d'étalonnage : une série de solutions dont les concentrations C sont connues
- 📏 Mesurer une grandeur physique G pour chacune de ces solutions
- 📈 Construire le graphe donnant G en fonction de C
- 📐 Modéliser l'ensemble par une fonction linéaire la plupart du temps
- 🔍 Mesurer la grandeur physique \(G_{inconnue}\) de la solution à doser
- 📍 Reporter sur le graphe et chercher l'abscisse de \(G_{inconnue}\) qui sera la concentration de la solution
▶️ Capsule : Dosage par étalonnage
🌈 2. Dosage par étalonnage spectrophotométrique⚓︎
L'absorbance A (sans dimension) d'une solution colorée est mesurée avec un spectrophotomètre.
📈 Pour une solution suffisamment diluée (\(C < 0,2 mol \cdot L^{-1}\)), la loi de Beer-Lambert indique que l'absorbance est proportionnelle à la concentration C en espèce absorbante :
Avec :
- \(\varepsilon\) : coefficient d'absorption molaire \((L \cdot mol^{-1} \cdot cm^{-1})\)
- \(\ell\) : longueur de la cuve (cm)
- \(C\) : concentration molaire \((mol \cdot L^{-1})\)
- \(k\) : coefficient de proportionnalité avec \(k = \varepsilon \times \ell\)
▶️ Capsule : Dosage par étalonnages spectrophotométrique - Loi de Beer-Lambert
⚡ 3. Dosage par étalonnage conductimétrique⚓︎
La conductivité σ (exprimée en Siemens par mètre S.m⁻¹) d'une solution ionique est mesurée avec un conductimètre. Elle traduit la capacité d'une solution à conduire le courant électrique.
📈 Pour une solution suffisamment diluée (\(C < 0,2 mol \cdot L^{-1}\)) ne contenant qu'un seul soluté, la loi de Kohlrausch indique que la conductivité est proportionnelle à la concentration C en espèce absorbante :
Avec :
- \(\sigma\) : conductivité \((S \cdot m^{-1})\)
- \(C\) : concentration molaire \((mol \cdot L^{-1})\)
- \(k\) : coefficient de proportionnalité
▶️ Capsule : Dosage par étalonnages conductimétrique - Loi de kohlrausch
💨 III. Analyser un système gazeux⚓︎
A savoir
⚛️ Un gaz est dit parfait s'il est constitué de molécules dont la taille est très petite devant la distance qui les sépare et s'il n'y a pas d'interaction entre les molécules.
🌡️ Pour les gaz parfaits, pression (p), volume (V) et température (T) sont liées par la loi des gaz parfaits :
📝 Avec :
- \(p\) : pression (en Pa)
- \(V\) : volume (en m³)
- \(n\) : quantité de matière (en mol)
- \(T\) : température (en Kelvin K)
- \(R\) : constante des gaz parfaits \(R = 8,31 J \cdot mol^{-1} \cdot K^{-1}\)
🧮 Ainsi la mesure de la pression, du volume et de la température d'un gaz permet de calculer sa quantité de matière.
📐 C'est avec cette expression que l'on peut retrouver la valeur du volume molaire d'un gaz à température donnée :