Fiche de révision : Méthodes physiques d’analyse chimique

📋 Plan du Cours

1. pH et concentration oxonium
2. Spectroscopies UV-visible et infrarouge
3. Conductance et conductivité
4. Dosages par étalonnage
5. Gaz parfaits et volume molaire

📖 1. pH et concentration oxonium

🔑 Notions clés & Définitions

• pH : est lié à la concentration en ions oxonium H₃O⁺ par $pH=-\log\left(\frac{[H_3O^+]}{c^\circ}\right)$, où c° vaut exactement 1 mol·L⁻¹ et où le pH est sans unité.

★ À maîtriser

📐 Formule — La concentration en ions oxonium se calcule par $[H_3O^+]=c^\circ\times10^{-pH}$, avec une concentration exprimée en mol·L⁻¹.

• Un pH-mètre muni d’une sonde mesure le pH au centième d’unité, tandis que le papier pH et les indicateurs colorés comme le bleu de bromothymol le mesurent à l’unité près.

Compléments

📌 Les relations du pH sont valables lorsque les concentrations en ions oxonium H₃O⁺ et/ou en ions hydroxyde HO⁻ sont inférieures à 1,0 × 10⁻¹ mol·L⁻¹.

• Pour un jus de citron de pH 2,50, la concentration en ions oxonium vaut 3,2 × 10⁻³ mol·L⁻¹.

💡 Astuce mémo

pH faible = [H₃O⁺] grande ; pH élevé = [H₃O⁺] faible

📖 2. Spectroscopies UV-visible et infrarouge

🔑 Notions clés & Définitions

• Spectre UV-visible : est un graphique représentant l’absorbance, grandeur sans unité, d’une espèce chimique en fonction de la longueur d’onde en nm.
• Spectre infrarouge : représente la transmittance T, exprimée en pourcentage, en fonction du nombre d’onde σ, inverse de la longueur d’onde, exprimé en cm⁻¹.

★ À maîtriser

• 🔄 L’identification infrarouge suit trois étapes:
  1. Repérer les bandes d’absorption
  2. Identifier les groupes caractéristiques correspondants
  3. Rechercher ces groupes dans la formule de la molécule

Compléments

• Le spectre UV-visible de l’acide salicylique dissous dans le méthanol présente des maxima à 236 nm et 310 nm, et la solution n’est pas colorée car elle n’absorbe pas dans le visible de 400 à 800 nm.

• Pour la formule C₄H₈O, une bande vers 2 900 cm⁻¹ indique une liaison C—H et une bande vers 1 700 cm⁻¹ indique une liaison C=O, ce qui conduit à la molécule a selon le cours.

💡 Astuce mémo

IR : bandes → liaisons → groupes → formule

📖 3. Conductance et conductivité

🔑 Notions clés & Définitions

• Conductance : est l’inverse de sa résistance et vérifie $G=\frac{1}{R}=\frac{i}{u}$, en siemens.

★ À maîtriser

📐 Formule — La conductivité d’une solution se calcule par $\sigma=\frac{G\,l}{S}$, avec σ en S·m⁻¹, G en S, l en m et S en m².

📐 Formule — La loi de Kohlrausch donne la conductivité d’une solution par $\sigma=\sum_i\lambda_i[X_i]$, où λᵢ est la conductivité molaire ionique et [Xᵢ] la concentration de l’ion.

Compléments

• La conductance dépend de:
  • l’aire immergée des électrodes
  • la distance entre les électrodes
  • la température
  • la concentration de chaque ion
  • la nature de chaque ion

📌 La loi de Kohlrausch n’est valable que pour des concentrations inférieures à 1,0 × 10⁻² mol·L⁻¹, soit 10 mol·m⁻³.

💡 Astuce mémo

La conductance dépend de la cellule, la conductivité seulement de la solution

📖 4. Dosages par étalonnage

★ À maîtriser

• 🔄 Le dosage par étalonnage suit les étapes suivantes:

  1. Préparer une échelle de solutions étalons par dilution
  2. Mesurer la grandeur physique de chaque solution
  3. Tracer la courbe d’étalonnage
  4. Mesurer la grandeur de la solution inconnue
  5. Déduire graphiquement sa concentration

• Un dosage conductimétrique par étalonnage peut utiliser la conductance ou la conductivité d’une solution électrolytique contenant un seul soluté apporté.

📐 Formule — La loi de Beer-Lambert s’écrit $A_\lambda=\varepsilon_\lambda e c$ : l’absorbance est proportionnelle au coefficient d’absorption molaire, à l’épaisseur traversée et à la concentration.

Compléments

📌 La loi de Beer-Lambert est généralement valable pour des solutions de concentration inférieure à 0,1 mol·L⁻¹.

• Pour doser l’hélianthine par spectrophotométrie, on repère d’abord la longueur d’onde du maximum d’absorption, puis on mesure l’absorbance des solutions étalons à cette longueur d’onde afin de déterminer graphiquement la concentration inconnue.

💡 Astuce mémo

Étalons → mesures → courbe → inconnue

📖 5. Gaz parfaits et volume molaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Gaz parfait : est constitué d’entités suffisamment éloignées pour ne pas interagir, tandis que la somme de leurs volumes propres est très inférieure au volume total.
• Volume molaire : est le volume occupé par une mole de gaz à une température et une pression données, et il vérifie $V_m=\frac{V}{n}=\frac{RT}{P}$.

★ À maîtriser

📐 Formule — L’équation d’état d’un gaz parfait est $PV=nRT$, avec P en Pa, V en m³, n en mol et T en K.

Compléments

• La constante des gaz parfaits vaut R = 8,31 J·mol⁻¹·K⁻¹.

📌 Le modèle du gaz parfait est valable pour des pressions inférieures à 5 × 10⁶ Pa.

📐 Formule — La température absolue se déduit de la température Celsius par $T=\theta+273{,}15$.

💡 Astuce mémo

P, V, T et n fixés → équation d’état → volume molaire

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des spectroscopies