Méthodes d'analyses physiques en chimie

18 novembre 2025

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Synthèse rapide

  • L’analyse spectroscopique permet d’identifier une substance par absorption de rayonnements spécifiques.
  • La spectroscopie UV-visible étudie l’absorption dans le domaine visible (100-800 nm) pour déterminer la couleur d’une espèce.
  • La spectroscopie IR analyse les bandes d’absorption pour caractériser la présence de groupes fonctionnels.
  • La loi de Beer-Lambert relie l’absorbance à la concentration, sous conditions spécifiques.
  • La conductance G, mesurée en siemens (S), caractérise la capacité d’une solution ionique à conduire l’électricité.
  • La conductivité σ, en siemens par mètre (S·m⁻¹), dépend des ions présents, de leur concentration, de la température, et de la géométrie de la cellule.
  • La loi de Kohlrausch exprime la conductivité d’une solution ionique en fonction des conductivités molaires ioniques.
  • Le dosage par étalonnage consiste à établir une courbe X = f(C) pour déterminer une concentration inconnue en exploitant la proportionnalité.

Concepts et définitions

  • Spectroscopie UV-visible : technique basée sur l’absorption de rayonnements dans le domaine UV-visible pour analyser des espèces colorées.
  • Spectroscopie IR : technique analysant les bandes d’absorption pour identifier des groupes caractéristiques.
  • Absorbance (A) : grandeur physique mesurée, sans unité, proportionnelle à la concentration selon la loi de Beer-Lambert.
  • Conductance (G) : capacité d’une solution à conduire le courant électrique, exprimée en siemens.
  • Conductivité (σ) : aptitude d’une solution à conduire le courant, dépendant uniquement des ions, exprimée en S·m⁻¹.
  • Loi de Kohlrausch : relation exprimant la conductivité d’une solution en fonction des conductivités molaires ioniques.

Formules, lois, principes

  • Loi de Beer-Lambert : $ A = \varepsilon \times \ell \times C $ où

    • $A$ = absorbance,
    • $\varepsilon$ = coefficient d’absorption molaire,
    • $\ell$ = épaisseur de la solution traversée (en cm),
    • $C$ = concentration (en mol·L⁻¹).

  • Relation entre conductance et résistance : $ G = \frac{1}{R} = \frac{I}{U} $ avec

    • $I$ courant (A),
    • $U$ tension (V),
    • $R$ résistance (Ω).

  • Conductivité : $ \sigma = G \times \frac{l}{S} $ où

    • $l$ = distance entre electrodes (m),
    • $S$ = surface des électrodes (m²).

  • Loi de Kohlrausch : $ \sigma = \sum_{i} \lambda_i \times [X_i] $ où

    • $\lambda_i$ = conductivité molaire ionique (S·m²·mol⁻¹),
    • $[X_i]$ = concentration de l’ion $X_i$ (mol·m⁻³).

Méthodes et procédures

  1. Analyse spectroscopique:
    • Préparer un échantillon.
    • Mesurer le spectre (UV-visible ou IR).
    • Identifier les pics d’absorption liés à la molécule ou aux groupes fonctionnels.
  2. Détermination de la concentration via Beer-Lambert:
    • Calibrer l’appareil avec des solutions étalons.
    • Tracer la courbe d’étalonnage.
    • Lire la concentration inconnue à partir du spectre.
  3. Mesure de conductance et conductivité:
    • Mesurer la tension U et le courant I pour une solution.
    • Calculer G = I/U.
    • Conversion en conductivité : $\sigma = G \times \frac{l}{S}$.
    • Étalo en utilisant une solution étalon connue.
  4. Dosage par étalonnage:
    • Préparer une gamme de solutions étalons.
    • Mesurer la grandeur physique pour chaque.
    • Tracer la courbe X = f(C).
    • Déterminer la concentration d’une solution inconnue.

Exemples illustratifs

  • Calcul de l’absorbance d’une solution de permanganate à 540 nm pour une concentration de 2 mmol·L⁻¹ avec $\varepsilon = 2.2$ L·mol⁻¹·cm⁻¹.
  • Détermination de la conductance G d’une solution avec U=2 V et I=56 mA.
  • Calcul de la conductivité d’une solution avec G=3.41 mS, surface S=2 cm², distance l=5 mm.

Pièges et points d'attention

  • Ne pas utiliser la loi de Beer-Lambert hors de ses domaines de validité (température constante, faible concentration).
  • Vérifier la calibration avant mesure de conductivité.
  • Tenir compte de la géométrie de la cellule lors de la conversion conductance/conductivité.
  • La conductivité dépend uniquement des ions, pas des molécules neutres ou liquides non ioniques.
  • Attention à l’unité de concentration dans la loi de Kohlrausch (mol·m⁻³ vs mol·L⁻¹).

Glossaire

  • Spectroscopie UV-visible : analyse basée sur l’absorption de lumière dans le spectre visible et UV.
  • Spectroscopie IR : analyse par bande d’absorption dans l’infrarouge.
  • Absorbance (A) : mesure de l’absorption d’un rayonnement par une solution.
  • Conductance (G) : capacité d’une solution à conduire le courant, inverse de la résistance.
  • Conductivité (σ) : aptitude d’une solution à conduire l’électricité, indépendante de la géométrie.
  • Loi de Beer-Lambert : relation entre absorbance et concentration.
  • Loi de Kohlrausch : relation entre conductivité d’une solution ionique et ses ions.
  • Dosage par étalonnage : méthode de détermination de concentration via courbe d’étalonnage.
  • Coefficient d’absorption molaire ($\varepsilon$) : mesure de l’absorption par molécule à une longueur d’onde donnée.