Chapitre 2


Cours




2
Dosage spectrophotométrique par étalonnage

Vocabulaire

  • Dosage : doser une espèce chimique consiste à déterminer la quantité de matière ou la concentration de cette espèce.

A
Loi de Beer-Lambert

Pour une longueur d’onde λ\lambda donnée, l’absorbance AλA_{\lambda} d’une espèce chimique en solution diluée est proportionnelle à la concentration cc en quantité de matière de cette espèce chimique, à l’épaisseur ll de solution traversée et à ϵλ\epsilon_{\lambda}, le coefficient d’extinction molaire (qui dépend de la nature de l’espèce chimique) : c’est la loi de Beer-Lambert.

Aλ=ελlcA_{\lambda}=\varepsilon_{\lambda} \cdot l \cdot c

avec AλA_\lambda sans unité, ϵλ\epsilon_{\lambda} en L·mol-1·cm-1, ll en cm et cc en mol·L-1.

Pour des conditions expérimentales données (λ\lambda, ϵλ\epsilon_{\lambda} et ll fixés) :

Aλ=kcA_{\lambda}=\text{k} \cdot c

avec k\text{k} le coefficient de proportionnalité en L·mol-1.



Doc. 5
Courbe d’étalonnage

Courbe d’étalonnage

Éviter les erreurs

Dans le cas de plusieurs espèces chimiques colorées en solution, l’absorbance est additive :
A=A(1)+A(2)++A(n)A=A(1)+A(2)+\ldots+A(n).

B
Dosage spectrophotométrique par étalonnage

Étapes d’un dosage spectrophotométrique par étalonnage :

1. Déterminer la longueur d’onde λmax\lambda_{\text{max}} pour laquelle le spectre d’absorption de l’espèce chimique présente une absorbance maximale.

2. Pour la longueur d’onde λmax\lambda_{\text{max}}, mesurer l’absorbance des solutions étalons et réaliser la droite d’étalonnage représentant la loi de Beer-Lambert, Aλ=kcA_{\lambda}=k \cdot c.

3. Mesurer l’absorbance de la solution à doser et déterminer sa concentration en exploitant la droite d’étalonnage (doc. 5).

Pas de malentendu

Une mesure d’absorbance peut être réalisée à n’importe quelle valeur de longueur d’onde. Régler le spectrophotomètre sur la valeur λmax\lambda_{\text{max}} permet de comparer des valeurs plus grandes et minimiser ainsi les incertitudes.

1
Espèce colorée en solution


B
Couleur d’une solution

Lorsqu’une solution est traversée par de la lumière blanche. Certaines radiations sont absorbées et d’autres sont transmises. La couleur perçue d’une solution est complémentaire des radiations absorbées qui traversent la solution. Des couleurs complémentaires sont diamètralement opposées sur le cercle chromatique (doc. 1).

Plus la concentration d’une espèce chimique colorée en solution est élévée, plus les radiations sont absorbées, et plus la solution est foncée.

Éviter les erreurs

La concentration cc informe sur la quantité de soluté apportée par unité de volume et la notation [X][\text{X}] renseigne la concentration de l’espèce chimique X\text{X} effectivement présente dans la solution.

Doc. 2
Absorbance d’une solution

Absorbance d’une solution

Doc. 1
Cercle chromatique simplifié

Cercle chromatique simplifié

C
Absorbance

Pour une longueur d’onde donnée, l’absorbance A quantifie la proportion des radiations incidentes d’intensité I0I_{0} absorbées en mesurant l’intensité des radiations non absorbées II (doc. 2). Pour une espèce chimique, la courbe A=f(λ)A = f(\lambda) est appelée spectre d’absorption. Elle permet de déterminer la longueur d’onde, notée λmax\lambda_{\text{max}}, de l’absorbance maximale, notée AmaxA_{\text{max}} et correspondant à la couleur complémentaire de la solution (doc. 3).

Un spectrophotomètre permet d’effectuer des mesures d’absorbance sur une gamme de longueurs d’onde qui s’étend sur les ultraviolets proches (200 nm à 400 nm) et le domaine visible (400 nm à 800 nm).

Données

  • Masses molaires en g·mol-1 :
    M(Cl)=35,5 M(\text{Cl})= 35\text{,}5 ;
    M(Co)=58,9 M(\text{Co})= 58\text{,}9.

Doc. 4
Solution de chlorure de cobalt

Chlorure de cobalt

Application

On dissout une masse m=m = 0,15 g de chlorure de cobalt de formule CoCl2\text{Co}\text{Cl}_{2} dans un volume VsolV_{sol} de 50,0 mL d’eau. L’équation de dissolution est : CoCl2\text{Co}\text{Cl}_{2}(s) → Co2+\text{Co}^{2+} (aq) + 2Cl2\:\text{Cl}^{-} (aq).

1. Calculer la concentration en masse puis en quantité de matière de soluté dissous.

2. Calculer la concentration d’ions cobalt (II) et d’ions chlorure dissous en solution.

Corrigé :

1. γ=mV=0,1550,0×103=3,0\gamma=\dfrac{m}{V}=\dfrac{0\text{,}15}{50\text{,}0 \times 10^{-3}}=3\text{,}0 g·L-1.

Conversion : c=γM(CoCl2)=3,058,9+2×35,5=2,3×102c=\dfrac{\gamma}{M\left(\mathrm{CoCl}_{2}\right)}=\dfrac{3\text{,}0}{58\text{,}9+2 \times 35\text{,}5}=2\text{,}3 \times 10^{-2} mol·L-1.

2. D’après l’équation de dissolution, 1 mole de chlorure de cobalt produit 1 mole d’ions cobalt (II) et 2 moles d’ions chlorure. Ainsi :
[Co2+[\text{Co}^{2+}(aq)]=c=2,3×102] =c=2\text{,}3 \times 10^{-2} mol·L-1 et
[Cl[\text{Cl}^{-}(aq)]=2c=4,6×102] =2 c=4\text{,}6 \times 10^{-2} mol·L-1.

Doc. 3
Le bleu de méthylène

Le bleu de méthylène

A
Concentration d’une espèce dissoute

La concentration d’un soluté en solution s’exprime en utilisant :
  • soit la concentration en masse γ\gamma :

    γ=m soluteˊ Vsolution \gamma=\dfrac{m_{\text { soluté }}}{V_{\text {solution }}} avec γ\gamma en g·L-1 ; la masse m soluteˊm_\text{ soluté} en g ; et le volume VsolutionV_\text {solution} de la solution en L.

  • soit la concentration cc en quantité de matière :

    c=n soluteˊ Vsolution c=\dfrac{n_{\text { soluté }}}{V_{\text{solution }}} avec cc en mol·L-1 ; la quantité de matière n soluteˊ n_\text { soluté } en mol ; le volume Vsolution V_\text{solution } de la solution en L.


Ces deux concentrations sont liées par la relation :

γ=cM\gamma=c \cdot M M\quad{M} étant la masse molaire du soluté en g·mol-1.

Dans le cas d’un soluté ionique, les espèces présentes en solution après dissolution sont différentes du soluté initialement dissous.

[X]=nXVsolution [\mathrm{X}]=\dfrac{n_{\mathrm{X}}}{V_{\text {solution }}} exprime la concentration en quantité de matière de l’espèce X\text{X} en mol·L-1, avec nXn_{X} en mol et Vsolution V_\text {solution } en L.
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