Fiche de révision : Composition chimique des solutions

📋 Plan du Cours

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

📖 1. Concentrations des espèces en solution

🔑 Notions clés & Définitions

• Concentration massique : La concentration massique t(A), aussi notée Cm(A), d’un soluté A est le quotient de sa masse m(A) par le volume Vsol de la solution.
• Concentration molaire : La concentration molaire C(A) d’un soluté A est le quotient de sa quantité de matière n(A) par le volume Vsol de la solution.

• Soluté : Un soluté est une espèce chimique dissoute dans un solvant.

★ À maîtriser

📐 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.

Compléments

📐 Formule - La concentration massique vérifie $t(A)=\frac{m(A)}{V_{sol}}$, avec t(A) en g·L⁻¹, m(A) en g et Vsol en L.

📐 Formule - La concentration molaire vérifie $C(A)=\frac{n(A)}{V_{sol}}$, avec C(A) en mol·L⁻¹, n(A) en mol et Vsol en L.

📖 2. Préparation par dissolution

★ À maîtriser

📐 Formule - La masse de soluté à peser pour préparer une solution par dissolution peut être calculée par $m(A)=t(A)\times V_{sol}$ ou $m(A)=C(A)\times V_{sol}\times M(A)$.

• La dissolution d’un solide se réalise en pesant le soluté, en le transférant dans une fiole jaugée, en rinçant la capsule et l’entonnoir, en dissolvant avec de l’eau distillée puis en complétant au trait de jauge et en homogénéisant.

Compléments

• Une préparation par dissolution nécessite de connaître la masse de soluté à prélever et le volume de solution à préparer.

• La masse du soluté est pesée avec une spatule propre et sèche, après tare de la balance avec la capsule.

💡 Astuce mémo

Peser, transférer, rincer, dissoudre, jauger

📖 3. Préparation par dilution

★ À maîtriser

📌 Au cours d’une dilution, la quantité de matière de soluté est conservée entre la solution mère et la solution fille.

📐 Formule - La conservation du soluté lors d’une dilution s’écrit $C_{mère}V_{mère}=C_{fille}V_{fille}$ et, avec les concentrations massiques, $t_{mère}V_{mère}=t_{fille}V_{fille}$.

• Une dilution se réalise en prélevant la solution mère à la pipette jaugée, en la transférant dans une fiole jaugée, en ajoutant de l’eau distillée puis en complétant au trait de jauge et en homogénéisant.

Compléments

• Une préparation par dilution nécessite de connaître le volume de solution mère à prélever et le volume de solution fille à préparer.

📐 Formule - Le facteur de dilution vérifie $F=\frac{C_{mère}}{C_{fille}}=\frac{V_{fille}}{V_{mère}}>1$.

📌 La solution mère est plus concentrée que la solution fille ; elle est F fois plus concentrée lorsque le facteur de dilution vaut F.

💡 Astuce mémo

Prélever la mère, compléter la fiole, homogénéiser

📖 4. Absorption et couleur des solutions

🔑 Notions clés & Définitions

• Spectre d’absorption : Le spectre d’absorption est le graphique représentant l’absorbance A en fonction de la longueur d’onde λ de la radiation lumineuse traversant la solution.
• Absorbance : L’absorbance A caractérise l’absorption d’un rayonnement de longueur d’onde donnée par un soluté ; elle est sans unité et se mesure avec un spectrophotomètre.

★ À maîtriser

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

📌 La couleur observée d’une espèce en solution correspond à la synthèse additive des radiations qu’elle laisse passer, et non de celles qu’elle absorbe.

Compléments

• Les spectres d’absorption sont caractéristiques des espèces chimiques dissoutes et peuvent donc permettre leur identification.

📌 Lorsqu’une espèce absorbe dans un seul domaine de longueur d’onde, sa couleur en solution est complémentaire de la couleur absorbée, déterminée à partir de la longueur d’onde du maximum d’absorption λmax.

• Une solution de permanganate de potassium dont le maximum d’absorption est autour de 530 nm absorbe dans le vert et apparaît magenta, couleur complémentaire du vert.

💡 Astuce mémo

La couleur observée est complémentaire de la couleur absorbée

📖 5. Loi de Beer-Lambert

★ À maîtriser

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

📐 Formule - Pour une solution donnée avec longueur d’onde et épaisseur traversée fixées, la loi de Beer-Lambert s’écrit $A=k\times C$, donc l’absorbance est proportionnelle à la concentration molaire.

📌 La loi de Beer-Lambert est valable uniquement pour des solutions peu concentrées.

Compléments

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

• Pour la solution de diiode présentée, la loi de Beer-Lambert est vérifiée pour des concentrations inférieures à environ 2,8 mmol/L, où la courbe d’absorbance en fonction de la concentration est une droite passant par l’origine.

📖 6. Dosage par étalonnage spectrophotométrique

🔑 Notions clés & Définitions

• Dosage par étalonnage : Un dosage par étalonnage consiste à déterminer la concentration d’une espèce en comparant une grandeur physique caractéristique de la solution à la même grandeur mesurée pour des solutions étalons.
• Dosage : Doser une espèce chimique dans une solution consiste à déterminer sa concentration molaire ou massique inconnue.

★ À maîtriser

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

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

Compléments

• La longueur d’onde de travail est généralement choisie au maximum d’absorption de l’espèce colorée, déterminé à partir de son spectre d’absorption.

💡 Astuce mémo

Étalons, longueur d’onde, blanc, mesures, courbe, inconnue