Fiche de révision : Méthodes physiques d’analyse

📋 Plan du Cours

1. Conductance des solutions ioniques
2. Conductivité et constante de cellule
3. Loi de Kohlrausch
4. Dosage conductimétrique
5. Absorbance et couleur
6. Spectres UV-visible
7. Dosage spectrophotométrique
8. Spectroscopie infrarouge
9. Gaz parfaits et pression

📖 1. Conductance des solutions ioniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Solution ionique : ou solution électrolytique, conduit le courant électrique parce qu’elle contient des ions mobiles.

★ À maîtriser

• 🔄 La migration des ions s’effectue ainsi:
  1. Les cations migrent vers l’électrode négative
  2. L’électrode négative est appelée cathode
  3. Les anions migrent vers l’électrode positive
  4. L’électrode positive est appelée anode

📐 Formule — La conductance d’une solution est l’inverse de sa résistance : $G=\frac{1}{R}$, et elle peut aussi s’écrire $G=\frac{I}{U}$.

Compléments

• La conductance se mesure en siemens, de symbole S, et traduit la capacité de la portion de circuit entre les électrodes à laisser passer le courant.

💡 Astuce mémo

Cations → cathode négative ; anions → anode positive

📖 2. Conductivité et constante de cellule

🔑 Notions clés & Définitions

• Conductivité : mesure sa capacité à conduire le courant électrique et s’exprime en siemens par mètre, soit S·m⁻¹.

★ À maîtriser

📐 Formule — La conductance dépend de la conductivité, de la surface des électrodes et de leur distance selon la relation $G=\sigma\frac{S}{\ell}$.

Compléments

• La constante de cellule est le rapport $\frac{\ell}{S}$ et l’étalonnage consiste à régler l’appareil pour ramener cette constante à 1.

💡 Astuce mémo

Étalonnage de la cellule → conductivité indépendante du conductimètre

📖 3. Loi de Kohlrausch

🔑 Notions clés & Définitions

• Conductivité molaire ionique : évalue l’efficacité d’un ion à permettre le passage du courant en solution et s’exprime en S·m²·mol⁻¹.

★ À maîtriser

📐 Formule — La loi de Kohlrausch relie la conductivité aux ions présents et à leurs concentrations selon $\sigma=\lambda_1[\mathrm{ion}_1]+\lambda_2[\mathrm{ion}_2]+\cdots$.

📌 La loi de Kohlrausch est valable pour des solutions de concentration inférieure à 10⁻² mol·L⁻¹, soit 10 mol·m⁻³.

Compléments

📌 Pour utiliser les unités de σ en S·m⁻¹ et de λᵢ en S·m²·mol⁻¹, les concentrations doivent être exprimées en mol·m⁻³ et non en mol·L⁻¹.

💡 Astuce mémo

Nature des ions + concentration → conductivité

📖 4. Dosage conductimétrique

🔑 Notions clés & Définitions

• Dosage par étalonnage conductimétrique : détermine la concentration d’une espèce ionique dissoute seule en mesurant une conductivité proportionnelle à sa concentration, sans réaction chimique.

📝 Points essentiels

• Le dosage conductimétrique consiste à étalonner le conductimètre, préparer des solutions étalons par dilution, mesurer leur conductivité, tracer σ=f(c), mesurer la solution inconnue puis déterminer sa concentration par lecture graphique ou calcul.

💡 Astuce mémo

Étalonner → diluer → tracer σ=f(c) → mesurer → déterminer c

📖 5. Absorbance et couleur

🔑 Notions clés & Définitions

• Absorbance : mesure la capacité d’un milieu à absorber une radiation de longueur d’onde λ ; elle est positive, sans unité et mesurée par un spectrophotomètre.

📝 Points essentiels

📐 Formule — L’absorbance est calculée à partir de l’intensité incidente I₀ et de l’intensité transmise I selon $A=-\log\left(\frac{I}{I_0}\right)$.

📌 La couleur perçue d’une solution est complémentaire de la couleur des radiations qu’elle absorbe.

💡 Astuce mémo

Radiation absorbée et couleur perçue sont complémentaires

📖 6. Spectres UV-visible

🔑 Notions clés & Définitions

• Spectre d’absorption : représente l’absorbance A d’une solution en fonction de la longueur d’onde λ.

★ À maîtriser

📌 La longueur d’onde λmax correspond au maximum d’absorption et la couleur de la solution est complémentaire de la couleur absorbée à cette longueur d’onde.

Compléments

• La spectroscopie UV-visible couvre les longueurs d’onde de 200 à 400 nm dans l’ultraviolet proche et de 400 à 800 nm dans le visible.

• Une solution de diiode dont l’absorbance maximale est à 475 nm apparaît orange, tandis qu’une solution d’ions cuivre II dont le maximum est à 810 nm apparaît bleu-vert.

💡 Astuce mémo

Maximum d’absorption à λmax → couleur complémentaire observée

📖 7. Dosage spectrophotométrique

★ À maîtriser

📐 Formule — La loi de Beer-Lambert relie l’absorbance à la concentration et à la longueur de cuve selon $A=\varepsilon\ell c$, et, dans des conditions fixes, selon $A=kc$.

📌 La loi de Beer-Lambert est valable pour des solutions peu concentrées, lorsque c est inférieur à 5,0×10⁻² mol·L⁻¹.

• Le dosage spectrophotométrique consiste à choisir λmax, préparer des solutions étalons, tracer A=f(c), mesurer l’absorbance de la solution inconnue puis déterminer sa concentration par lecture graphique ou calcul.

Compléments

• Pour une droite d’étalonnage de coefficient k=20 L·mol⁻¹, une absorbance A=0,42 correspond à une concentration c=0,021 mol·L⁻¹.

💡 Astuce mémo

λmax → étalons → A=f(c) → mesure → concentration

📖 8. Spectroscopie infrarouge

🔑 Notions clés & Définitions

• Spectroscopie infrarouge : repose sur l’absorption de radiations infrarouges par les molécules et permet d’identifier des espèces ou de vérifier la pureté d’une substance.
• Transmittance : La transmittance T est le rapport de l’intensité transmise I à l’intensité incidente I₀, soit $T=\frac{I}{I_0}$, et elle est sans unité.

★ À maîtriser

📐 Formule — Le nombre d’onde σ est l’inverse de la longueur d’onde λ et s’exprime généralement en cm⁻¹ : $\sigma=\frac{1}{\lambda}$.

📌 La zone infrarouge comprise entre 1300 et 4000 cm⁻¹ est exploitée pour repérer des liaisons, tandis que la zone comprise entre 400 et 1500 cm⁻¹ constitue l’empreinte digitale, généralement utilisée par comparaison avec un spectre de référence.

Compléments

• Les radiations infrarouges utilisées ont des longueurs d’onde comprises entre 800 nm et 25 000 nm et provoquent des vibrations d’élongation ou de déformation des liaisons covalentes.

• Une bande fine et intense vers 1700 cm⁻¹ caractérise généralement une liaison C=O, tandis qu’une bande forte et large vers 3300 cm⁻¹ caractérise une liaison O–H.

💡 Astuce mémo

Chaque liaison laisse une empreinte dans les bandes infrarouges

📖 9. Gaz parfaits et pression

🔑 Notions clés & Définitions

• Gaz parfait : est un modèle dans lequel les molécules sont ponctuelles, leur volume propre est négligé et toutes les interactions entre elles sont négligées.

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour un gaz parfait, la pression P, le volume V, la quantité de matière n et la température absolue T vérifient l’équation $PV=nRT$.

📌 Les conversions utiles sont 1 L=10⁻³ m³, T(K)=θ(°C)+273,15, 1 atm=1,013×10⁵ Pa et 1 bar=1×10⁵ Pa.

📐 Formule — Le volume molaire Vm est le volume occupé par une mole de gaz à une température et une pression données, et la quantité de matière vérifie $n=\frac{V}{V_m}$.

Compléments

📌 Le modèle du gaz parfait est valable lorsque les molécules sont suffisamment éloignées, notamment pour des pressions ne dépassant pas 5,0×10⁵ Pa.

• Dans les conditions normales de température et de pression, une mole de gaz occupe un volume de 22,4 L.

💡 Astuce mémo

P, V, T et n sont reliés par l’équation d’état

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des dosages par étalonnage