Fiche de révision : Conductivité, spectroscopies et chimie organique

📋 Plan du Cours

1. Conductance et conductivité des solutions
2. Loi de Kohlrausch et applications
3. Couleur et absorbance des solutions
4. Loi de Beer-Lambert et étalonnage
5. Gaz parfaits et quantité de matière
6. Familles et nomenclature organiques
7. Spectroscopie infrarouge
8. Dosage de la L-tyrosine

📖 1. Conductance et conductivité des solutions

🔑 Notions clés & Définitions

• Conductance : La conductance d’une solution est définie par $G = \frac{I}{U}$ et s’exprime en siemens.

★ À maîtriser

• La conductance d’une solution se mesure avec une cellule contenant deux électrodes séparées par une portion de solution.

• La conductance augmente avec la concentration d’ions, la surface des électrodes et la température, mais diminue lorsque la distance entre les électrodes augmente.

Compléments

📐 Formule — La loi d’Ohm s’écrit $U = RI$, où U est la tension, R la résistance et I l’intensité du courant.

• La nature des ions et celle du solvant influencent la conductance, et l’absence d’ions empêche le passage du courant.

💡 Astuce mémo

Concentration ionique ↑ → conductance ↑, tandis que distance entre électrodes ↑ → conductance ↓

📖 2. Loi de Kohlrausch et applications

🔑 Notions clés & Définitions

• Conductivité : La conductivité d’une solution est définie par $\sigma = G\frac{L}{S}$ et s’exprime en S·m⁻¹.

★ À maîtriser

📐 Formule — La loi de Kohlrausch s’écrit $\sigma_{sol} = \sum_i \lambda_i[i]$, où λᵢ est la conductivité molaire ionique et [i] la concentration de l’ion en mol·m⁻³.

Compléments

• Pour une solution de KCl à 1,0 × 10⁻² mol·L⁻¹, les concentrations en K⁺ et Cl⁻ valent 10 mol·m⁻³ et la conductivité vaut 14,8 × 10⁻² S·m⁻¹.

• Les ions H₃O⁺ et HO⁻ possèdent des conductivités molaires ioniques très élevées.

📖 3. Couleur et absorbance des solutions

🔑 Notions clés & Définitions

• Absorbance : Grandeur sans unité mesurée par spectrophotométrie pour caractériser l’absorption d’une solution.

📝 Points essentiels

• La spectroscopie UV-visible couvre l’ultraviolet, le visible d’environ 380 à 780 nm et l’infrarouge.

• Le bleu de méthylène absorbe au maximum autour de 650 nm, correspondant aux radiations rouge-oranges, et la solution apparaît bleu-vert, couleur complémentaire.

💡 Astuce mémo

La solution montre la couleur complémentaire de la radiation absorbée

📖 4. Loi de Beer-Lambert et étalonnage

📝 Points essentiels

📐 Formule — La loi de Beer-Lambert s’écrit $A = \varepsilon lc$, où ε est le coefficient d’extinction molaire, l la longueur de cuve et c la concentration.

📌 Pour une même espèce chimique et une longueur de cuve constante, la loi de Beer-Lambert donne $A = kC$ dans le domaine de linéarité.

• 🔄 Le dosage par étalonnage suit plusieurs étapes:
  1. Réaliser une gamme de solutions étalons
  2. Établir la relation entre absorbance et concentration
  3. Déterminer la concentration de la solution inconnue

💡 Astuce mémo

Étalons → droite A = kC → concentration inconnue → quantité de matière

📖 5. Gaz parfaits et quantité de matière

★ À maîtriser

📐 Formule — La loi des gaz parfaits s’écrit $PV = nRT$, où P est la pression, V le volume, n la quantité de matière, R la constante des gaz parfaits et T la température en kelvins.

Compléments

• La pression atmosphérique vaut 101300 Pa, soit environ 10⁵ Pa.

• À 23 °C dans une pièce de 200 m³ sous 10⁵ Pa, la quantité de matière d’air est d’environ 8 × 10³ mol et sa masse est d’environ 232 kg.

📖 6. Familles et nomenclature organiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Alcanes : Hydrocarbures saturés dont les atomes de carbone sont tétraédriques et liés à quatre voisins.
• Fonctions organiques : Les alcools portent un groupe hydroxyle –OH, les aldéhydes et les cétones un groupe carbonyle C=O, les acides carboxyliques un groupe carboxyle –COOH, les esters un groupe –COO–, les amines un groupe –NH₂ et les amides un groupe –CONH₂.

★ À maîtriser

• La chaîne principale d’une molécule organique est la chaîne carbonée la plus longue.

Compléments

• Le composé CH₃–CH₂–OH est l’éthanol et le composé CH₃–CH₂–C(=O)–O–CH₂–CH₃ est le propanoate d’éthyle.

📖 7. Spectroscopie infrarouge

🔑 Notions clés & Définitions

• Spectroscopie IR : Permet de faire vibrer les liaisons covalentes et d’identifier des groupes caractéristiques grâce aux bandes d’absorption.

★ À maîtriser

📐 Formule — Le nombre d’onde est défini par $\sigma = \frac{1}{\lambda}$ et s’exprime en cm⁻¹ lorsque λ est exprimée en cm.

• Une bande large entre 3200 et 3800 cm⁻¹ indique une liaison O–H, tandis qu’une bande forte et fine autour de 1700 cm⁻¹ indique une liaison C=O.

Compléments

• Les principales bandes IR sont:
  • O–H alcool : 3200–3400 cm⁻¹
  • C=O cétone : 1705–1725 cm⁻¹
  • C–H aldéhyde : 2750–2900 cm⁻¹
  • O–H acide carboxylique : 2500–3200 cm⁻¹
  • C=O ester : 1700–1740 cm⁻¹
  • N–H amine : 3100–3500 cm⁻¹

💡 Astuce mémo

Zone des groupes caractéristiques → zone des empreintes digitales

📖 8. Dosage de la L-tyrosine

★ À maîtriser

• Pour la L-tyrosine, une absorbance As = 1,0 et une pente k = 0,75 L·mmol⁻¹ donnent une concentration Cs = 1,3 mmol·L⁻¹.

📐 Formule — La quantité de matière de L-tyrosine se calcule par $n_S = C_SV_S$ et vaut 2,6 × 10⁻³ mol pour Cs = 1,3 mmol·L⁻¹ et Vs = 2,0 L.

• La masse de L-tyrosine calculée dans le comprimé est 4,7 × 10⁻¹ g, soit 470 mg, pour une masse molaire de 181,0 g·mol⁻¹.

Compléments

📌 Le résultat est compatible avec la valeur réelle lorsque le z-score $z = \frac{|m_S-m_{réel}|}{U(m_S)}$ est inférieur à 2.

💡 Astuce mémo

Absorbance → concentration → quantité de matière → masse → z-score

📊 Tableaux de synthèse

Groupes caractéristiques en spectroscopie IR

Grandeurs conductimétriques