Fiche de révision : Spectrophotométrie et quantité de matière

📋 Plan du Cours

1. Principe du spectrophotomètre
2. Absorption des ions permanganate
3. Étalonnage spectrophotométrique
4. Préparation des solutions étalons
5. Dosage de la solution de Dakin
6. Masse molaire des espèces chimiques
7. Calcul de la quantité de matière
8. Mole et limites du modèle

📖 1. Principe du spectrophotomètre

🔑 Notions clés & Définitions

• Spectrophotomètre : Appareil qui différencie quantitativement l’absorption de la lumière par une espèce colorée.
• Absorbance : Grandeur sans unité indiquant la capacité d’une espèce colorée en solution à absorber une radiation lumineuse de longueur d’onde donnée.

📝 Points essentiels

• Pour analyser un échantillon, on le place dans une cuve comportant deux faces transparentes, puis on introduit la cuve dans le spectrophotomètre.

📖 2. Absorption des ions permanganate

★ À maîtriser

• La couleur violette de la solution de Bayer est uniquement due aux ions permanganate MnO4−(aq) dissous en solution.

Compléments

• Le spectre d’absorption représente l’absorbance A en fonction de la longueur d’onde λ pour une solution de permanganate de potassium de concentration C.

💡 Astuce mémo

Une solution violette absorbe une couleur précise de la lumière.

📖 3. Étalonnage spectrophotométrique

📝 Points essentiels

📐 Formule — À longueur d’onde λ fixée et pour une largeur de cuve fixée, l’absorbance A est proportionnelle à la concentration C selon $A = k \times C$, où k est le coefficient de proportionnalité.

• Une droite d’étalonnage s’obtient en mesurant l’absorbance de solutions colorées de concentrations connues préparées par dilution d’une solution mère.

📌 Pour améliorer la précision des mesures, le spectrophotomètre doit être réglé à la longueur d’onde correspondant à l’absorbance maximale de la solution.

💡 Astuce mémo

Concentration croissante → absorbance croissante, à longueur d’onde fixée.

📖 4. Préparation des solutions étalons

★ À maîtriser

• La solution mère S0 de permanganate de potassium a une concentration C0 = 2,0 × 10^-4 mol·L^-1.

📐 Formule — Pour une dilution, le facteur de dilution vérifie $F = \frac{C_0}{C_f} = \frac{V_f}{V_0}$.

• Une solution fille se prépare en prélevant un volume mesuré de solution mère avec une pipette jaugée, en le transférant dans une fiole jaugée, puis en complétant avec de l’eau distillée jusqu’au trait et en homogénéisant.

Compléments

• Les solutions filles sont associées aux facteurs de dilution suivants:
  • S1 : 10
  • S2 : 5
  • S3 : 2,5
  • S4 : 1,25

💡 Astuce mémo

Prélever → transférer → compléter → homogénéiser.

📖 5. Dosage de la solution de Dakin

★ À maîtriser

• La longueur d’onde conseillée pour le dosage des ions permanganate est λ = 540 nm, car elle correspond à l’absorbance maximale de la solution.

• 🔄 Le dosage de Dakin suit trois étapes:

  1. Mesurer l’absorbance de la solution de Dakin à 540 nm
  2. Exploiter la droite d’étalonnage
  3. Déduire la concentration molaire en ions permanganate

• La concentration en ions permanganate est égale à la concentration en permanganate de potassium.

Compléments

• L’étiquette de la solution de Dakin indique « Permanganate de potassium : 0,0010 g pour 100 mL », soit 0,010 g·L⁻¹.

💡 Astuce mémo

Régler → mesurer → étalonner → déterminer → comparer.

📖 6. Masse molaire des espèces chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse molaire : Masse d’une mole d’entités chimiques identiques, notée M et exprimée en g·mol⁻¹.

★ À maîtriser

📐 Formule — La masse molaire d’une espèce moléculaire est la somme des masses molaires des éléments qui la composent, chaque masse étant multipliée par le nombre d’atomes correspondant ; par exemple, $M(\mathrm{CO_2}) = M(\mathrm{C}) + 2M(\mathrm{O})$.

Compléments

📌 La masse molaire d’un ion est assimilée à la masse molaire de l’espèce chimique neutre associée.

• Les masses molaires atomiques données sont:
  • M(Mn) = 54,9 g·mol⁻¹
  • M(K) = 39,1 g·mol⁻¹
  • M(O) = 16,0 g·mol⁻¹

📖 7. Calcul de la quantité de matière

🔑 Notions clés & Définitions

• Volume molaire : Volume précis occupé par une mole de gaz, exprimé en L·mol⁻¹.

📝 Points essentiels

📐 Formule — À partir de la masse, la quantité de matière d’une entité chimique X se calcule avec $n(X) = \frac{m(X)}{M(X)}$.

📐 Formule — Pour un corps pur liquide, la quantité de matière se calcule avec $n(X) = \frac{\rho(X) \times V(X)}{M(X)}$.

📐 Formule — Pour un corps pur gazeux, dans les mêmes conditions de température et de pression, la quantité de matière se calcule avec $n(X) = \frac{V(X)}{V_m}$.

💡 Astuce mémo

Masse, liquide ou gaz : trois mesures, trois relations pour n.

📖 8. Mole et limites du modèle

🔑 Notions clés & Définitions

• Mole : Bureau International des Poids et Mesures (BIPM), 20 mai 2019 — Unité SI de la quantité de matière.

📝 Points essentiels

• Une mole contient exactement 6,022 140 76 × 10^23 entités élémentaires, nombre fixé de la constante d’Avogadro NA en mol⁻¹. — Bureau International des Poids et Mesures (BIPM), 20 mai 2019

📌 La masse et le volume ne suffisent pas à déterminer la quantité de matière d’un mélange dont les proportions exactes des constituants sont inconnues.

📊 Tableaux de synthèse

Détermination de la quantité de matière