Fiche de révision : Analyse physique des systèmes chimiques

📋 Plan du Cours

1. Dosage par étalonnage
2. Dosage spectrophotométrique
3. Dosage conductimétrique
4. Gaz parfaits et volume molaire
5. Spectroscopie UV-Visible
6. Spectroscopie infrarouge

📖 1. Dosage par étalonnage

🔑 Notions clés & Définitions

• Dosage par étalonnage : Consiste à déterminer la concentration d’une espèce chimique en solution en comparant une grandeur physique caractéristique de cette solution à la même grandeur mesurée pour des solutions étalons de concentrations connues.

📝 Points essentiels

• Pour réaliser un dosage par étalonnage, on trace la courbe de la grandeur physique X en fonction de la concentration des solutions étalons, puis on mesure X pour la solution inconnue et on reporte cette valeur sur la courbe afin d’en déduire sa concentration.

💡 Astuce mémo

Mesurer X → tracer X=f(C) → reporter Xi → déduire Ci

📖 2. Dosage spectrophotométrique

🔑 Notions clés & Définitions

• Absorbance : La grandeur physique mesurée lors d’un dosage spectrophotométrique d’une solution absorbante, souvent colorée, à l’aide d’un spectrophotomètre.

📝 Points essentiels

📌 Pour une longueur d’onde fixée et une solution suffisamment diluée, avec une absorbance A inférieure à 1,2, l’absorbance A est proportionnelle à la concentration C de l’espèce absorbante.

📐 Formule — La loi de Beer-Lambert s’écrit $A=\varepsilon \times l \times C$, où A est sans unité, ε est le coefficient d’absorption molaire en L·mol⁻¹·cm⁻¹, l est l’épaisseur traversée en cm et C est la concentration en mol·L⁻¹.

💡 Astuce mémo

Solution absorbante → absorbance mesurée → concentration déterminée

📖 3. Dosage conductimétrique

🔑 Notions clés & Définitions

• Conductivité : La grandeur physique mesurée lors d’un dosage conductimétrique d’une solution ionique et traduit sa capacité à conduire le courant électrique.

★ À maîtriser

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

📐 Formule — Pour une solution ionique suffisamment diluée, de concentration C inférieure à 10⁻² mol·L⁻¹ et contenant un seul soluté ionique, la loi de Kohlrausch s’écrit $\sigma=k\times C$.

Compléments

📌 La conductance G est l’inverse de la résistance électrique R selon $G=\frac{1}{R}$, tandis que la conductivité σ s’affranchit des caractéristiques géométriques de la cellule grâce à la relation $G=k_{cellule}\times\sigma$.

💡 Astuce mémo

Ions présents et concentrés → conductivité mesurée → concentration déduite

📖 4. Gaz parfaits et volume molaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Gaz parfait : Si la taille de ses entités chimiques est négligeable devant la distance qui les sépare et si les interactions entre elles sont négligeables.

★ À maîtriser

📐 Formule — L’équation d’état des gaz parfaits est $P\times V=n\times R\times T$, avec P en Pa, V en m³, n en mol, R=8,314 Pa·m³·mol⁻¹·K⁻¹ et T en K.

📐 Formule — Le volume molaire d’un gaz est le volume occupé par une mole de ce gaz et vérifie $V_m=\frac{V_{gaz}}{n_{gaz}}=\frac{R\times T}{P}$.

Compléments

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

📖 5. Spectroscopie UV-Visible

🔑 Notions clés & Définitions

• Spectre d’absorption UV-Visible : Le graphe représentant l’absorbance A en fonction de la longueur d’onde λ.

★ À maîtriser

• Les solutions colorées absorbent dans le domaine du visible entre 400 nm et 800 nm, tandis que les solutions incolores peuvent absorber des radiations dans le domaine ultraviolet.

Compléments

• Le spectre d’absorption d’une solution de permanganate de potassium présente une absorption à 590 nm, ce qui permet de relier cette solution à sa couleur violette.

💡 Astuce mémo

Visible : solutions colorées ; UV : solutions incolores

📖 6. Spectroscopie infrarouge

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison hydrogène : Une interaction électrostatique entre l’hydrogène d’une molécule X-H, porteur d’une charge partielle positive, et le doublet non liant porté par l’atome X, porteur d’une charge partielle négative, d’une autre molécule.

★ À maîtriser

• La spectroscopie infrarouge étudie l’absorption des espèces organiques pour des longueurs d’onde comprises entre 2500 nm et 25000 nm.

• Sous un rayonnement infrarouge appartenant à une plage caractéristique, les liaisons chimiques absorbent de l’énergie et se mettent à vibrer par élongation ou par déformation.

📌 Dans un spectre IR, l’axe des ordonnées représente la transmittance T en pourcentage et l’axe des abscisses représente le nombre d’ondes ν, inverse de la longueur d’onde λ, généralement exprimé en cm⁻¹.

📌 Une liaison O-H impliquée dans une liaison hydrogène donne une bande large entre 3200 et 3400 cm⁻¹, tandis qu’une liaison O-H libre donne une bande étroite entre 3580 et 3670 cm⁻¹.

Compléments

• Une transmittance de 100 % signifie qu’il n’y a pas d’absorption et les bandes d’absorption d’un spectre IR pointent donc vers le bas.

💡 Astuce mémo

OH libre : bande étroite ; OH lié : bande large

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des spectroscopies