Fiche de révision : Méthodes physiques d’analyse chimique

📋 Plan du Cours

1. Absorbance et loi de Beer-Lambert
2. Conductivité des solutions ioniques
3. Dosage par étalonnage
4. Spectroscopie UV-visible
5. Spectroscopie infrarouge
6. Gaz parfaits et volume molaire

📖 1. Absorbance et loi de Beer-Lambert

🔑 Notions clés & Définitions

• Absorbance : mesure la capacité d’une solution à absorber un rayonnement à une longueur d’onde donnée et elle est sans unité

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour une solution contenant un seul soluté coloré, l’absorbance vérifie $A=kC=\varepsilon\ell C$.

📌 La loi de Beer-Lambert est linéaire pour A < 1,2, soit pour C < 10⁻² mol·L⁻¹.

Compléments

• Dans la relation de Beer-Lambert, ε est le coefficient d’extinction molaire en L·mol⁻¹·cm⁻¹, ℓ est l’épaisseur traversée en cm et k est le coefficient de proportionnalité en L·mol⁻¹.

• Avant d’appliquer la loi de Beer-Lambert, on réalise le blanc en attribuant A = 0 au solvant de l’espèce mesurée.

💡 Astuce mémo

Concentration croissante → absorbance croissante

📖 2. Conductivité des solutions ioniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Conductance : d’une portion de solution entre deux plaques traduit sa capacité à conduire le courant et correspond à l’inverse de sa résistance

★ À maîtriser

📐 Formule — La conductance vérifie $G=\frac{1}{R}=\frac{I}{U}$.

📐 Formule — La conductivité d’une solution vérifie $\sigma=\frac{\ell}{S}G=kG$, avec $k=\frac{\ell}{S}$ la constante de cellule.

📐 Formule — Selon la loi de Kohlrausch, la conductivité d’une solution ionique vérifie $\sigma=\sum_i\lambda_i[X_i]$.

Compléments

📌 La loi de Kohlrausch est valable uniquement pour une concentration C < 1,0×10⁻² mol·L⁻¹.

📐 Formule — Pour une solution diluée contenant un seul soluté, la conductivité vérifie $\sigma=kC$.

💡 Astuce mémo

Ions plus nombreux → conductivité plus grande

📖 3. Dosage par étalonnage

🔑 Notions clés & Définitions

• Dosage par étalonnage : détermine la concentration d’une espèce en comparant une grandeur physique caractéristique de la solution à celle de solutions étalons de concentrations connues

★ À maîtriser

• 🔄 Un dosage par étalonnage suit les étapes suivantes:
  1. Fabriquer au minimum quatre solutions étalons par dilution
  2. Mesurer leur grandeur physique
  3. Tracer X=f(C)
  4. Modéliser la droite
  5. Mesurer Xsolution dans les mêmes conditions
  6. Déterminer Csolution graphiquement ou avec l’équation

📌 Pour la spectrophotométrie et la conductimétrie, la droite d’étalonnage passe par l’origine car l’absorbance et la conductivité sont proportionnelles à la concentration.

Compléments

📌 La grandeur mesurée pour la solution inconnue doit appartenir à la gamme des solutions étalons, et la solution inconnue est souvent diluée pour éviter la saturation et respecter la proportionnalité.

📐 Formule — Le coefficient directeur de la droite d’étalonnage est $k=\frac{X_B-X_A}{C_B-C_A}$.

💡 Astuce mémo

Étalons → mesures → droite → concentration

📖 4. Spectroscopie UV-visible

🔑 Notions clés & Définitions

• Spectre UV-visible : représente l’absorbance A en fonction de la longueur d’onde λ et possède des maxima d’absorption caractéristiques de l’espèce dissoute

★ À maîtriser

• Les solutions colorées absorbent dans le visible entre 400 et 800 nm et peuvent aussi absorber dans l’ultraviolet pour des longueurs d’onde inférieures à 400 nm.

📌 Lorsqu’une espèce absorbe dans un seul domaine du visible, sa couleur perçue est la couleur complémentaire de son maximum d’absorption.

Compléments

• Les ions permanganate présentent un maximum d’absorption à 520 nm dans le vert, ce qui donne à la solution une couleur complémentaire magenta, ou violette.

💡 Astuce mémo

Lumière absorbée : couleur observée complémentaire

📖 5. Spectroscopie infrarouge

🔑 Notions clés & Définitions

• Spectre infrarouge : représente la transmittance T, exprimée en pourcentage, en fonction du nombre d’onde σ, inverse de la longueur d’onde et exprimé en cm⁻¹

★ À maîtriser

• Lorsqu’un rayonnement infrarouge traverse un échantillon, l’énergie absorbée fait vibrer les liaisons moléculaires et produit des bandes d’absorption caractéristiques.

• 🔄 Pour analyser un spectre IR:

  1. Repérer les bandes et relever leurs nombres d’onde
  2. Associer les bandes à des liaisons avec les tables spectroscopiques
  3. Rechercher les groupes caractéristiques correspondants
  4. Vérifier ces groupes dans la formule de la molécule

Compléments

• Les groupes caractéristiques à connaître sont: l’hydroxyle pour les alcools, le carbonyle pour les aldéhydes et les cétones, le carboxyle pour les acides carboxyliques, l’alcène pour les alcènes, l’ester pour les esters

• En phase condensée, les liaisons hydrogène entre molécules d’alcool produisent une bande O−H vers 3200–3300 cm⁻¹, plus large et plus intense.

💡 Astuce mémo

Bandes → liaisons → groupes → molécule

📖 6. Gaz parfaits et volume molaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Gaz parfait : est constitué d’entités en mouvement désordonné dont la taille est négligeable devant les distances qui les séparent et dont les interactions sont négligeables

★ À maîtriser

📐 Formule — L’équation d’état d’un gaz parfait est $PV=nRT$.

• Dans l’équation des gaz parfaits, P est en pascals, V en mètres cubes, n en moles, R = 8,314 J·mol⁻¹·K⁻¹ et T en kelvins avec T(K)=T(°C)+273,15.

📐 Formule — À température et pression fixées, le volume molaire d’un gaz parfait vérifie $V_m=\frac{V}{n}=\frac{RT}{P}$.

Compléments

📌 Le modèle du gaz parfait est valable pour un gaz à basse pression, avec P < 10 bars = 10⁶ Pa.

• À température et pression fixées, une même quantité de gaz parfait occupe le même volume quelle que soit la nature du gaz.

📊 Tableaux de synthèse

Grandeurs utilisées pour le dosage par étalonnage