Fiche de révision : Composition chimique des solutions

📋 Plan du Cours

1. Concentrations en solution
2. Préparation par dissolution et dilution
3. Absorption et couleur des solutions
4. Loi de Beer-Lambert
5. Dosage par étalonnage spectrophotométrique

📖 1. Concentrations en solution

🔑 Notions clés & Définitions

• Concentration massique : La concentration massique t(A) d’une espèce dissoute est le quotient de la masse de soluté m(A) par le volume Vsol de la solution, soit $t(A)=\frac{m(A)}{V_{sol}}$, en g·L⁻¹ si m(A) est en g et Vsol en L.
• Concentration molaire : La concentration molaire C(A) d’une espèce dissoute est le quotient de la quantité de matière n(A) de soluté par le volume Vsol de la solution, soit $C(A)=\frac{n(A)}{V_{sol}}$, en mol·L⁻¹ si n(A) est en mol et Vsol en L.

• Soluté : Espèce chimique dissoute dans un solvant.

📝 Points essentiels

📐 Formule - La concentration massique et la concentration molaire sont reliées par $t(A)=C(A)\times M(A)$, où M(A) est la masse molaire en g·mol⁻¹.

📖 2. Préparation par dissolution et dilution

★ À maîtriser

📐 Formule - Pour préparer une solution par dissolution, la masse de soluté nécessaire vérifie $m(A)=t(A)\times V_{sol}$ ou $m(A)=C(A)\times V_{sol}\times M(A)$.

• 🔄 La préparation par dissolution suit ces étapes :
  1. Peser précisément le soluté.
  2. Transférer le solide dans une fiole jaugée.
  3. Rincer la capsule et l’entonnoir à l’eau distillée.
  4. Remplir la fiole aux deux tiers avec de l’eau distillée et agiter pour dissoudre.
  5. Compléter jusqu’au trait de jauge et agiter pour homogénéiser.

📐 Formule - Lors d’une dilution, la quantité de matière du soluté se conserve : $n(A)_{mère}=n(A)_{fille}$, donc $C(A)_{mère}V_{mère}=C(A)_{fille}V_{fille}$.

• 🔄 La préparation par dilution suit ces étapes :
  1. Prélever le volume souhaité de solution mère avec une pipette jaugée rincée.
  2. Transférer ce volume dans une fiole jaugée.
  3. Ajouter de l’eau distillée jusqu’aux deux tiers et agiter.
  4. Compléter exactement jusqu’au trait de jauge.
  5. Boucher et agiter pour homogénéiser.

Compléments

📐 Formule - Pour une dilution, les concentrations massiques vérifient $t(A)_{mère}V_{mère}=t(A)_{fille}V_{fille}$.

📐 Formule - Le facteur de dilution est $F=\frac{C_{mère}}{C_{fille}}=\frac{V_{fille}}{V_{mère}}>1$ ; la solution mère est F fois plus concentrée que la solution fille.

💡 Astuce mémo

Dissolution : peser, transférer, rincer, dissoudre, jauger ; dilution : prélever, transférer, compléter.

📖 3. Absorption et couleur des solutions

🔑 Notions clés & Définitions

• Absorbance : Grandeur sans unité qui caractérise l’absorption d’un rayonnement de longueur d’onde donnée par un soluté et se mesure avec un spectrophotomètre.

• Spectre d’absorption : Graphique représentant l’absorbance A d’une solution en fonction de la longueur d’onde λ de la lumière qui la traverse.

★ À maîtriser

📌 Une solution qui n’absorbe aucune radiation visible entre 400 nm et 800 nm est incolore, tandis qu’une solution qui absorbe certaines radiations visibles est colorée.

• La couleur observée d’une espèce en solution correspond à la synthèse additive des radiations transmises, et non des radiations absorbées.

Compléments

• Le spectre d’absorption est caractéristique de l’espèce chimique dissoute et peut permettre son identification.

• Lorsqu’une espèce absorbe dans un seul domaine de longueur d’onde, sa couleur en solution est complémentaire de la couleur absorbée, repérée par la longueur d’onde du maximum d’absorption λmax.

• Une solution de permanganate de potassium absorbe au maximum vers 530 nm, dans le vert, et apparaît donc magenta, couleur complémentaire du vert.

💡 Astuce mémo

La couleur observée est celle transmise, complémentaire de la couleur absorbée.

📖 4. Loi de Beer-Lambert

★ À maîtriser

📐 Formule - À longueur d’onde fixée, l’absorbance suit la loi de Beer-Lambert $A=\varepsilon(\lambda)\times\ell\times C$, où ε(λ) est le coefficient d’absorption molaire en L·mol⁻¹·cm⁻¹, ℓ est en cm et C est en mol·L⁻¹.

📐 Formule - Pour une solution donnée lorsque la longueur d’onde et l’épaisseur traversée sont fixées, le produit ε(λ)ℓ est une constante k et la loi s’écrit $A=k\times C$.

Compléments

• L’absorbance dépend de la nature et de la concentration du soluté coloré, de l’épaisseur ℓ de solution traversée et de la longueur d’onde λ.

📌 La loi de Beer-Lambert n’est valable que pour des solutions peu concentrées, dans le domaine où l’absorbance est proportionnelle à la concentration.

• Pour la solution de diiode étudiée, la courbe est en accord avec la loi de Beer-Lambert pour des concentrations inférieures à environ 2,8 mmol·L⁻¹.

💡 Astuce mémo

À longueur d’onde et épaisseur fixées, augmenter la concentration augmente proportionnellement l’absorbance.

📖 5. Dosage par étalonnage spectrophotométrique

🔑 Notions clés & Définitions

• Dosage par étalonnage : Méthode qui détermine la concentration inconnue d’une espèce en comparant une grandeur physique caractéristique de la solution à celle mesurée pour des solutions étalons.
• Dosage : Déterminer la concentration molaire ou massique inconnue de l’espèce dissoute dans une solution.

★ À maîtriser

• Le dosage par étalonnage spectrophotométrique consiste à préparer des étalons, choisir la longueur d’onde de travail, faire le blanc, mesurer les absorbances des étalons, tracer A=f(C), mesurer l’absorbance de la solution inconnue, puis déterminer graphiquement sa concentration.

Compléments

📌 Un dosage par étalonnage spectrophotométrique ne peut être réalisé que si la solution est colorée, car la grandeur mesurée est l’absorbance.

💡 Astuce mémo

Étalons, longueur d’onde, blanc, mesures, courbe, échantillon, concentration.