Fiche de révision : Analyse physique des systèmes chimiques

📋 Plan du Cours

1. Principes des méthodes physiques
2. Spectroscopies UV-visible et infrarouge
3. Conductance et conductivité
4. Loi de Kohlrausch et concentrations
5. Dosages par étalonnage

📖 1. Principes des méthodes physiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Méthodes physiques d’analyse : Utilisent les propriétés physiques d’un échantillon pour déterminer sa nature et parfois sa concentration.

📝 Points essentiels

• La valeur du pH permet de déterminer si un composé est acide ou basique.

📖 2. Spectroscopies UV-visible et infrarouge

🔑 Notions clés & Définitions

• Spectre UV-visible : Représente l’absorbance d’une espèce chimique en fonction de la longueur d’onde de la radiation, exprimée en nanomètres.
• Spectre infrarouge : Représente la transmittance T, en pourcentage, d’une espèce chimique en fonction du nombre d’onde σ, inverse de la longueur d’onde et exprimé en cm⁻¹.

★ À maîtriser

• Le spectre de l’acide salicylique dissous dans le méthanol présente deux maxima d’absorption à 236 nm et 310 nm, et la solution n’est pas colorée car elle n’absorbe pas dans le domaine visible de 400 nm à 800 nm.

• 🔄 Pour identifier une molécule par infrarouge, il faut:

  1. Repérer les liaisons grâce aux nombres d’onde des bandes d’absorption
  2. Identifier les groupes caractéristiques correspondants
  3. Rechercher ces groupes dans la formule de la molécule

• Pour la formule C₄H₈O, une bande infrarouge voisine de 2 900 cm⁻¹ correspond à une liaison C–H et une bande autour de 1 700 cm⁻¹ correspond à une liaison C=O, ce qui identifie la molécule a comme étant la butanone.

Compléments

• L’allure d’un spectre UV-visible dépend de la concentration de l’espèce absorbante, de la nature du solvant et de l’espèce chimique étudiée.

💡 Astuce mémo

IR : liaison → groupe caractéristique → formule

📖 3. Conductance et conductivité

🔑 Notions clés & Définitions

• Conductance : Est l’inverse de sa résistance et vérifie $G = \frac{1}{R} = \frac{i}{u}$.
• Conductivité : D’une solution vérifie $\sigma = G \frac{l}{S}$ et s’exprime en S·m⁻¹ lorsque G est en S, l en m et S en m².

★ À maîtriser

• La conductance dépend de:
  • l’aire immergée des électrodes
  • la distance entre les électrodes
  • la température de la solution
  • la concentration de chaque ion
  • la nature de chaque ion

📐 Formule — La conductance est reliée à la conductivité par $G = \sigma \frac{S}{l}$, où S est l’aire des électrodes et l leur distance.

Compléments

• Dans une cellule de conductimétrie, la tension u et l’intensité i sont liées par la loi d’Ohm $u = R i$.

• Pour une tension de 0,50 V et une intensité de 124 μA, la conductance vaut 2,5 × 10⁻⁴ S.

💡 Astuce mémo

Conductance = cellule ; conductivité = solution

📖 4. Loi de Kohlrausch et concentrations

★ À maîtriser

📐 Formule — La loi de Kohlrausch donne la conductivité d’une solution par $\sigma = \sum_i \lambda_{X_i}[X_i]$, où λXi est la conductivité molaire ionique de l’ion Xi.

📌 La loi de Kohlrausch n’est valable que pour des concentrations inférieures à 1,0 × 10⁻² mol·L⁻¹, soit 10 mol·m⁻³.

• Pour relier la conductivité à la concentration d’un soluté, on utilise l’équation de dissolution pour exprimer les concentrations ioniques en fonction de la concentration du soluté, puis on applique la loi de Kohlrausch.

Compléments

• Pour une solution contenant H₃O⁺ à 20,0 mol·m⁻³, NO₃⁻ à 10,0 mol·m⁻³ et SO₄²⁻ à 5,00 mol·m⁻³, la conductivité calculée est 8,51 × 10⁻¹ S·m⁻¹.

• Pour une solution de nitrate de nickel de conductivité 5,00 × 10⁻² S·m⁻¹, l’équation Ni(NO₃)₂ → Ni²⁺ + 2 NO₃⁻ conduit à une concentration c de 2,00 × 10⁻³ mol·L⁻¹.

💡 Astuce mémo

Nature et concentration des ions → conductivité

📖 5. Dosages par étalonnage

★ À maîtriser

• Un dosage par étalonnage consiste à préparer des solutions étalons, mesurer une grandeur physique pour chacune, tracer la courbe d’étalonnage, mesurer cette grandeur pour la solution inconnue, puis en déduire graphiquement sa concentration.

📐 Formule — Pour une solution contenant un seul soluté absorbant, la loi de Beer-Lambert s’écrit $A_\lambda = \varepsilon l c$.

📌 La loi de Beer-Lambert est généralement valable pour des solutions de concentration inférieure à 0,1 mol·L⁻¹.

• Pour un dosage spectrophotométrique, on repère le maximum d’absorption, on mesure l’absorbance des solutions étalons à cette longueur d’onde, on trace la droite d’étalonnage, puis on détermine graphiquement la concentration inconnue.

Compléments

• Lors d’un dosage conductimétrique d’une solution de chlorure de potassium, une conductance de 2,8 × 10⁻³ S correspond à une concentration de 4,7 × 10⁻³ mol·L⁻¹ selon la droite d’étalonnage.

💡 Astuce mémo

Étalons → mesures → courbe → inconnue

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des spectroscopies