Fiche de révision : Analyses physiques en solution

📋 Plan du Cours

1. Principes de la spectroscopie
2. Spectroscopies UV-visible et infrarouge
3. Absorbance et loi de Beer-Lambert
4. Conductance et conductivité
5. Loi de Kohlrausch et étalonnage

📖 1. Principes de la spectroscopie

🔑 Notions clés & Définitions

• Analyse spectroscopique : Technique qui identifie une substance en étudiant l’absorption de certains rayonnements par cette substance.

📝 Points essentiels

📌 La spectroscopie UV-visible et la spectroscopie infrarouge utilisent des rayonnements de longueurs d’onde différentes et fournissent des informations différentes.

💡 Astuce mémo

UV-visible pour la couleur et IR pour les liaisons

📖 2. Spectroscopies UV-visible et infrarouge

★ À maîtriser

• La spectroscopie UV-visible utilise des rayonnements compris entre 100 et 800 nm.

📌 La couleur d’une espèce colorée éclairée en lumière blanche est complémentaire du rayonnement visible pour lequel son absorbance est maximale.

• L’analyse d’un spectre IR consiste à repérer les bandes d’absorption pour identifier des liaisons et en déduire la présence de groupes caractéristiques.

Compléments

• Un spectre UV-visible représente habituellement l’absorbance A en fonction de la longueur d’onde λ, tandis qu’un spectre IR représente la transmittance T en fonction du nombre d’onde ν.

💡 Astuce mémo

Absorbance selon λ en UV-visible, transmittance selon ν en IR

📖 3. Absorbance et loi de Beer-Lambert

★ À maîtriser

📌 À longueur d’onde fixée et pour une solution suffisamment diluée, l’absorbance est proportionnelle à la concentration de l’espèce absorbante.

📐 Formule - La loi de Beer-Lambert s’écrit $A_\lambda = \varepsilon_\lambda \ell C$, où ℓ est l’épaisseur traversée et ελ le coefficient d’absorption molaire à la longueur d’onde utilisée.

Compléments

• L’absorbance A, mesurée par un spectrophotomètre, est une grandeur sans unité.

📌 La loi de Beer-Lambert s’exploite à température constante et pour des concentrations faibles, afin que le coefficient d’absorption molaire soit indépendant de la concentration.

💡 Astuce mémo

À longueur d’onde fixée, une concentration accrue augmente l’absorbance

📖 4. Conductance et conductivité

🔑 Notions clés & Définitions

• Conductance : Capacité d’une portion de solution à conduire le courant électrique grâce au déplacement des ions.
• Conductivité : La conductivité σ caractérise la nature et la concentration des ions d’une solution et se mesure avec un conductimètre en S·m⁻¹.

★ À maîtriser

• La conductance G s’exprime en siemens (S) et vérifie $G = \frac{1}{R} = \frac{I}{U}$, où R est la résistance, I l’intensité et U la tension.

Compléments

• Une solution ionique conduit le courant électrique par le déplacement des ions en deux sens opposés.

• La conductance G dépend de la nature de la solution, de la géométrie de la cellule et de la température.

• Le conductimètre doit être étalonné avec une solution étalon de chlorure de potassium pour fixer la constante de la cellule de mesure.

💡 Astuce mémo

G dépend aussi de la cellule ; σ caractérise la nature et la concentration des ions

📖 5. Loi de Kohlrausch et étalonnage

🔑 Notions clés & Définitions

• Dosage par étalonnage : Méthode non destructive qui détermine la concentration d’une espèce en solution en comparant une grandeur physique mesurée à celles d’une gamme de solutions de concentrations connues.

★ À maîtriser

📐 Formule - La loi de Kohlrausch s’écrit $\sigma = \sum_i \lambda_i [X_i]$, où λi est la conductivité ionique molaire de l’ion Xi et [Xi] sa concentration.

📌 La loi de Kohlrausch s’applique aux solutions suffisamment diluées, de concentration inférieure à 10⁻² mol·L⁻¹.

• Pour déterminer une concentration inconnue par étalonnage, on prépare au moins cinq solutions étalons encadrant cette concentration, mesure la grandeur X de chaque étalon, trace X en fonction de la concentration, modélise la courbe, mesure X pour la solution inconnue, puis lit sa concentration sur le graphique ou le modèle.

Compléments

• Dans une solution de NaOH, [Na⁺] = [HO⁻] = C et la loi de Kohlrausch devient $\sigma = (\lambda_{Na^+} + \lambda_{HO^-})C$ ; pour C = 1,0 × 10⁻² mol·L⁻¹, elle donne σ = 0,25 S·m⁻¹.

• La conductivité molaire ionique dépend de la température et de la nature des ions en solution.

• La gamme de solutions étalons est généralement préparée par dilution d’une solution mère contenant le même soluté que la solution à analyser.

📌 En spectrophotométrie et en conductimétrie, la courbe d’étalonnage est une droite passant par l’origine, car l’absorbance et la conductivité sont proportionnelles à la concentration.

💡 Astuce mémo

Préparer les étalons, mesurer, tracer, modéliser, puis lire l’inconnue

📊 Tableaux de synthèse

Spectroscopies UV-visible et IR