Fiche de révision : Spectrophotométrie et grandeurs molaires

📋 Plan du Cours

1. Couleur des solutions
2. Absorbance et spectre d’absorption
3. Loi de Beer-Lambert
4. Dosage par étalonnage
5. Entités et grandeurs molaires
6. Calcul de quantité de matière

📖 1. Couleur des solutions

★ À maîtriser

• La couleur perçue d’une solution est la couleur complémentaire des radiations qu’elle absorbe, et les couleurs complémentaires sont diamétralement opposées sur le cercle chromatique.

• Quand la concentration d’une espèce chimique colorée augmente, l’absorption des radiations augmente et la solution devient plus foncée.

Compléments

• Le spectre de la lumière blanche est continu et comprend des longueurs d’onde de 380 nm à 780 nm.

📌 Une solution qui n’absorbe aucune radiation dans le domaine visible est transparente.

💡 Astuce mémo

Radiations absorbées ≠ couleur perçue : la couleur visible est complémentaire.

📖 2. Absorbance et spectre d’absorption

🔑 Notions clés & Définitions

• Absorbance : Grandeur à une longueur d’onde donnée qui quantifie la proportion des radiations incidentes absorbées, en comparant l’intensité incidente I₀ à l’intensité transmise I.
• Spectre d’absorption : Courbe de l’absorbance A d’une espèce chimique en fonction de la longueur d’onde λ.

📝 Points essentiels

• La longueur d’onde λmax est celle à laquelle l’absorbance est maximale, cette absorbance étant notée Amax.

• Le spectrophotomètre mesure l’absorbance sur une gamme de longueurs d’onde couvrant les ultraviolets proches et le domaine visible.

📖 3. Loi de Beer-Lambert

🔑 Notions clés & Définitions

• Coefficient d’absorption molaire : Grandeur qui dépend de l’espèce chimique, de la longueur d’onde utilisée, du solvant et de la température.

★ À maîtriser

📌 Pour une espèce chimique en solution diluée, l’absorbance Aλ est proportionnelle à l’épaisseur l traversée et à la concentration molaire C de l’espèce responsable de la couleur.

📐 Formule - La loi de Beer-Lambert s’écrit $A_{\lambda}=\varepsilon_{\lambda}\,l\,C$, avec Aλ sans unité, ελ en mol⁻¹·L·cm⁻¹, l en cm et C en mol·L⁻¹.

• La loi de Beer-Lambert est valable sous les conditions suivantes :
  • La lumière incidente est monochromatique.
  • La concentration est inférieure à 10⁻² mol·L⁻¹.
  • La solution est homogène.
  • Le soluté ne réagit pas sous l’effet de la lumière incidente.
  • Le soluté ne forme pas d’associations variables avec le solvant.

Compléments

📐 Formule - Dans l’écriture simplifiée de la loi de Beer-Lambert, $A=k\,C$ et la représentation de A en fonction de C est une droite passant par l’origine, de coefficient directeur k.

📖 4. Dosage par étalonnage

🔑 Notions clés & Définitions

• Dosage d’une espèce chimique : Déterminer avec précision sa concentration molaire C.

📝 Points essentiels

• Pour confirmer la précision des mesures lors d’un dosage spectrophotométrique, le spectrophotomètre est réglé à la longueur d’onde λmax.

📖 5. Entités et grandeurs molaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse molaire : Masse d’une mole de ses entités.
• Volume molaire : Coefficient de proportionnalité entre le volume V d’un échantillon et sa quantité de matière n.

★ À maîtriser

📐 Formule - Le nombre N d’entités chimiques d’un échantillon est relié à la quantité de matière n par $N=n\,N_{\mathrm{A}}$, où Nₐ est la constante d’Avogadro égale à 6,02 × 10²³ mol⁻¹.

Compléments

📐 Formule - La masse molaire d’une espèce vérifie $M=N_{\mathrm{A}}\,m_{\mathrm{entité}}$, où M s’exprime en g·mol⁻¹ et la masse d’une entité en g.

• La masse molaire moléculaire se calcule en additionnant les masses molaires atomiques de tous les atomes de la formule brute de la molécule.

📐 Formule - Le volume d’un échantillon est donné par $V=n\,V_{\mathrm{m}}$, avec V en L et Vm en L·mol⁻¹.

• À la pression atmosphérique de 1,0 bar, les volumes molaires des gaz sont de 22,7 L·mol⁻¹ à 0 °C, 24,4 L·mol⁻¹ à 20 °C et 26,9 L·mol⁻¹ à 50 °C.

• Le volume molaire d’une espèce gazeuse dépend de la température et de la pression, mais il est le même pour toutes les espèces chimiques.

📖 6. Calcul de quantité de matière

🔑 Notions clés & Définitions

• Concentration en quantité de matière : Rapport de la quantité de matière n de soluté au volume V de la solution.

★ À maîtriser

📐 Formule - À partir de la masse m d’une espèce et de sa masse molaire M, sa quantité de matière est $n=\frac{m}{M}$.

📐 Formule - À partir du volume V d’un gaz et de son volume molaire Vm, sa quantité de matière est $n=\frac{V}{V_{\mathrm{m}}}$.

Compléments

📐 Formule - La concentration en quantité de matière vérifie $c=\frac{n}{V}$, avec c en mol·L⁻¹, n en mol et V en L.

📐 Formule - La quantité de matière d’un soluté en solution se calcule par $n=c\,V$, avec c en mol·L⁻¹ et V en L.

📐 Formule - La concentration massique cm et la concentration molaire c sont reliées par $c_{\mathrm{m}}=M\,c$, avec cm en g·L⁻¹, M en g·mol⁻¹ et c en mol·L⁻¹.