Fiche de révision : Dosages et spectroscopie analytique

📋 Plan du Cours

1. Principe du dosage par étalonnage
2. Spectrophotométrie UV-visible
3. Conductimétrie et autres étalonnages
4. Principes du titrage
5. Repérage de l’équivalence
6. Identification par spectroscopie infrarouge

📖 1. Principe du dosage par étalonnage

🔑 Notions clés & Définitions

• Dosage par étalonnage : Le dosage par étalonnage consiste à mesurer une grandeur physique sur des solutions de concentrations connues, à tracer une courbe d’étalonnage, puis à déterminer la concentration d’une solution inconnue.

📝 Points essentiels

• Un dosage par étalonnage se réalise en préparant une gamme d’étalons, en mesurant la grandeur physique correspondante, en traçant la courbe d’étalonnage, puis en mesurant l’échantillon inconnu et en lisant sa concentration sur la courbe.

💡 Astuce mémo

Étalons → courbe → concentration inconnue

📖 2. Spectrophotométrie UV-visible

🔑 Notions clés & Définitions

• Loi de Beer-Lambert : La loi de Beer-Lambert relie l’absorbance à la concentration selon $A = \varepsilon \cdot \ell \cdot c$, où ε est le coefficient d’absorption molaire, ℓ la longueur de cuve et c la concentration.

📝 Points essentiels

📐 Formule — L’absorbance, sans unité, vérifie $A = \log\left(\frac{I_0}{I}\right)$, où $I_0$ est l’intensité incidente et $I$ l’intensité transmise.

📌 La loi de Beer-Lambert est valable pour une solution diluée, en général avec A < 2, une lumière monochromatique et une seule espèce absorbante, ou une espèce choisie à λmax.

• En spectrophotométrie, on prépare une gamme d’étalons, on réalise le blanc avec le solvant seul, on mesure l’absorbance à λmax, on trace A = f(c), puis on mesure l’échantillon et on lit sa concentration.

💡 Astuce mémo

λmax → mesure plus sensible et plus précise

📖 3. Conductimétrie et autres étalonnages

★ À maîtriser

📐 Formule — La conductance G, exprimée en siemens, vérifie $G = \frac{1}{R}$, tandis que la conductivité σ dépend de la cellule et de la solution.

📐 Formule — La loi de Kohlrausch relie la conductivité aux concentrations ioniques selon $\sigma = \sum_i \lambda_i \cdot [X_i]$, où λᵢ est la conductivité molaire ionique et [Xᵢ] la concentration de l’ion.

📌 La loi de Kohlrausch est valable pour les solutions ioniques diluées, et la conversion des concentrations impose que 1 mol·L⁻¹ = 1000 mol·m⁻³.

Compléments

• En conductimétrie, on prépare une gamme d’étalons, on trace σ = f(c), on rince la sonde à l’eau distillée, on thermostate la mesure, puis on lit la concentration de l’échantillon.

• L’indice de réfraction, la densité et le pH peuvent être utilisés pour doser une espèce selon le même principe d’étalonnage puis de lecture.

💡 Astuce mémo

Conductivité : ions comptés ; espèces non ioniques : ignorées

📖 4. Principes du titrage

📝 Points essentiels

• Lors d’un titrage, l’espèce à doser est détruite par une réaction support, contrairement au dosage par étalonnage où l’on mesure une grandeur physique.

• La réaction de titrage doit être rapide, totale, unique et, le plus souvent, sélective.

• Le titrant est la solution de concentration connue placée dans la burette, tandis que le titré est la solution à doser placée dans le bécher.

📐 Formule — À l’équivalence d’une réaction $aA + bB \rightarrow produits$, les quantités de matière vérifient $\frac{n_{titré}}{a} = \frac{n_{titrant\ versé}}{b}$ ; pour une réaction 1:1, $C_A V_A = C_B V_E$.

💡 Astuce mémo

Étalonnage : on mesure ; titrage : on détruit par réaction

📖 5. Repérage de l’équivalence

🔑 Notions clés & Définitions

• Équivalence : État où les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques de la réaction de titrage.

★ À maîtriser

📌 Avant l’équivalence, le titrant est le réactif limitant, tandis qu’après l’équivalence il est en excès.

• En titrage colorimétrique, l’équivalence est repérée par le virage d’un indicateur ou par l’apparition ou la disparition d’une espèce colorée.

• En titrage pH-métrique, l’équivalence correspond à un saut de pH repéré par la méthode des tangentes ou par le maximum de la dérivée dpH/dV.

Compléments

• En titrage conductimétrique, l’équivalence correspond au changement de pente de σ, lu à l’intersection de deux droites.

• Pour choisir un indicateur coloré lors d’un titrage pH-métrique, il faut sélectionner celui dont la zone de virage contient le pH à l’équivalence.

• Un titrage commence souvent par un titrage rapide pour situer le volume d’équivalence, puis se poursuit par un titrage précis avec des ajouts fins autour de l’équivalence.

💡 Astuce mémo

Avant équivalence → équivalence → après équivalence

📖 6. Identification par spectroscopie infrarouge

🔑 Notions clés & Définitions

• Spectroscopie infrarouge : Méthode permettant d’identifier les groupes caractéristiques d’une molécule grâce à l’absorption de rayonnements IR qui font vibrer ses liaisons.
• Empreinte digitale : Zone du spectre IR propre à chaque molécule, utilisée pour comparer le spectre avec un spectre de référence sans attribuer les bandes une à une.

★ À maîtriser

• Un spectre IR représente la transmittance T en pourcentage en fonction du nombre d’onde σ en cm⁻¹, avec $\sigma = \frac{1}{\lambda}$ ; l’axe est inversé de 4000 à 400 cm⁻¹ et les bandes pointent vers le bas.

• Les principales bandes IR concernent:

  • O–H alcool libre vers 3600 cm⁻¹
  • O–H alcool lié entre 3200 et 3400 cm⁻¹
  • O–H acide carboxylique entre 2500 et 3200 cm⁻¹
  • N–H entre 3100 et 3500 cm⁻¹
  • C–H entre 2800 et 3000 cm⁻¹
  • C=O entre 1650 et 1740 cm⁻¹
  • C=C entre 1625 et 1685 cm⁻¹
  • C–O entre 1050 et 1450 cm⁻¹

Compléments

• Une liaison peut présenter une bande IR plus fine ou plus large selon l’existence d’une liaison hydrogène.

💡 Astuce mémo

Un spectre IR comme une empreinte digitale moléculaire

📊 Tableaux de synthèse

Méthodes de repérage de l’équivalence