Fiche de révision : Composition des solutions et spectrophotométrie

📋 Plan du Cours

1. Masse molaire et quantité de matière
2. Échantillons et concentrations
3. Couleur et spectre d’absorbance
4. Loi de Beer-Lambert
5. Étalonnage et dilution
6. Conversions et contrôles d’unités

📖 1. Masse molaire et quantité de matière

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse molaire : La masse d’une mole d’entités chimiques, exprimée en g·mol⁻¹.

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour une molécule, la masse molaire est la somme des masses molaires de tous ses atomes : $M = \sum_i n_iM_i$.

📐 Formule — La quantité de matière vérifie $n = \frac{m}{M}$ et donc $m = n \times M$, avec n en mol, m en g et M en g·mol⁻¹.

Compléments

• Pour l’ammoniac NH₃, la masse molaire vaut $M(\mathrm{NH_3}) = 14 + 3 \times 1 = 17\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}$.

• Les masses molaires atomiques utiles sont:

  • H = 1,0
  • C = 12,0
  • N = 14,0
  • O = 16,0
  • Na = 23,0
  • Cl = 35,5 g·mol⁻¹

💡 Astuce mémo

Masse → moles : n = m/M

📖 2. Échantillons et concentrations

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour un échantillon liquide, la masse volumique vérifie $\rho = \frac{m}{V}$ et donc $m = \rho \times V$.

📐 Formule — Pour un échantillon gazeux, le volume vérifie $V = n \times V_m$ et la quantité de matière vérifie $n = \frac{V}{V_m}$.

📐 Formule — La concentration en masse vérifie $C_m = \frac{m}{V}$ et s’exprime en g·L⁻¹, tandis que la concentration molaire vérifie $C = \frac{n}{V}$ et s’exprime en mol·L⁻¹.

📐 Formule — La quantité de matière dissoute vérifie $n = C \times V$, et les concentrations sont reliées par $C_m = C \times M$ et $C = \frac{C_m}{M}$.

Compléments

• Le volume molaire Vₘ vaut 22,4 L·mol⁻¹ à 0 °C et 1 atm, et 24 L·mol⁻¹ à 20 °C et 1 atm.

💡 Astuce mémo

Liquide par ρ, gaz par Vₘ

📖 3. Couleur et spectre d’absorbance

🔑 Notions clés & Définitions

• Solution colorée : Absorbe certaines radiations de la lumière blanche, et la couleur observée est complémentaire des radiations absorbées.
• Longueur d’onde maximale : Celle pour laquelle l’absorbance est maximale.

★ À maîtriser

📌 Quand la concentration d’une solution colorée augmente, son absorbance augmente et la solution paraît généralement plus foncée.

Compléments

📌 Pour effectuer des mesures précises, le spectrophotomètre est réglé sur la longueur d’onde λ = λmax.

💡 Astuce mémo

Concentration ↑ → absorbance ↑ → solution plus foncée

📖 4. Loi de Beer-Lambert

★ À maîtriser

📐 Formule — La loi de Beer-Lambert s’écrit $A = k \times C$ et donc $k = \frac{A}{C}$, avec A l’absorbance sans unité, C en mol·L⁻¹ et k en L·mol⁻¹.

📌 L’absorbance A est proportionnelle à la concentration C : lorsque C augmente, A augmente.

Compléments

• La constante k dépend notamment:
  • de la longueur d’onde
  • de l’espèce dissoute
  • de l’épaisseur traversée
  • de la température

💡 Astuce mémo

A = kC : mesurer A pour déterminer C

📖 5. Étalonnage et dilution

📝 Points essentiels

• 🔄 Le dosage par étalonnage suit les étapes suivantes:
  1. Préparer plusieurs solutions étalons de concentrations connues.
  2. Mesurer leurs absorbances.
  3. Tracer A en fonction de C.
  4. Mesurer l’absorbance de la solution inconnue.
  5. Reporter cette absorbance sur la droite et lire la concentration inconnue.

📌 Si la loi de Beer-Lambert est vérifiée, le graphique de l’absorbance A en fonction de la concentration C est une droite.

📐 Formule — Lors d’une dilution, la concentration de la solution mère et les volumes vérifient $C_{mère} \times V_{prélevé} = C_{fille} \times V_{fille}$.

📌 Lors d’une dilution, la solution fille est moins concentrée que la solution mère : $C_{fille} < C_{mère}$.

💡 Astuce mémo

Étalons → absorbances → droite → inconnue

📖 6. Conversions et contrôles d’unités

★ À maîtriser

📌 Pour utiliser une concentration en mol·L⁻¹ dans un calcul, le volume V doit être exprimé en litres.

📌 L’absorbance A est une grandeur sans unité, et les unités doivent toujours être vérifiées avant de calculer.

Compléments

• Un millilitre vaut 10⁻³ litre ; ainsi, 15 mL correspondent à 0,015 L.

📊 Tableaux de synthèse

Grandeurs de concentration