La concentration d’un soluté en solution s’exprime en utilisant :
soit la concentration en masse γ :
γ=Vsolution m soluteˊ avec γ en g·L-1 ; la masse m soluteˊ en g ; et le volume Vsolution de la solution en L.
soit la concentration c en quantité de matière :
c=Vsolution n soluteˊ avec c en mol·L-1 ; la quantité de matière n soluteˊ en mol ; le volume Vsolution de la solution en L.
Ces deux concentrations sont liées par la relation :
γ=c⋅MM 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]=Vsolution nX exprime la concentration en quantité de matière de l’espèce X en mol·L-1, avec nX en mol et Vsolution en L.
Éviter les erreurs
➜ La concentration c informe sur la quantité de soluté
apportée par unité de volume et la notation [X] renseigne la concentration de l’espèce chimique X effectivement présente dans la 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.
Doc. 1
Cercle chromatique simplifié
C
Absorbance
Pour une longueur d’onde donnée, l’absorbance A quantifie la proportion des radiations incidentes d’intensité I0 absorbées en mesurant l’intensité des radiations non absorbées I (doc. 2). Pour une espèce chimique, la courbe A=f(λ) est appelée spectre d’absorption. Elle permet de déterminer la longueur d’onde, notée λmax, de l’absorbance maximale, notée Amax 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).
Doc. 2
Absorbance d’une solution
Doc. 3
Le bleu de méthylène
Application
On dissout une masse m= 0,15 g de chlorure de cobalt de formule CoCl2 dans un volume Vsol de 50,0 mL d’eau. L’équation de dissolution est : CoCl2(s) → Co2+ (aq) + 2Cl− (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.
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+(aq)]=c=2,3×10−2 mol·L-1 et [Cl−(aq)]=2c=4,6×10−2 mol·L-1.
Données
Masses molaires en g·mol-1 : M(Cl)=35,5 ; M(Co)=58,9.
Doc. 4
Solution de chlorure de cobalt
2
Dosage spectrophotométrique par étalonnage
A
Loi de Beer-Lambert
Pour une longueur d’onde λ donnée, l’absorbance Aλ d’une espèce chimique en solution diluée est proportionnelle à la concentration c en quantité de matière de cette espèce chimique, à l’épaisseur l de solution traversée et à ϵλ, le coefficient d’extinction molaire (qui dépend de la nature de l’espèce chimique) : c’est la loi de Beer-Lambert.
Aλ=ελ⋅l⋅c
avec Aλ sans unité, ϵλ en L·mol-1·cm-1, l en cm et c en mol·L-1.
Pour des conditions expérimentales données (λ, ϵλ et l fixés) :
Aλ=k⋅c
avec k le coefficient de proportionnalité en L·mol-1.
Éviter les erreurs
➜ Dans le cas de plusieurs espèces chimiques colorées
en solution, l’absorbance est additive : A=A(1)+A(2)+…+A(n).
Doc. 5
Courbe d’étalonnage
B
Dosage spectrophotométrique
par étalonnage
❯ Étapes d’un dosage spectrophotométrique par étalonnage :
1. Déterminer la longueur d’onde λmax pour laquelle le spectre d’absorption de l’espèce chimique présente une absorbance maximale.
2. Pour la longueur d’onde λmax, mesurer l’absorbance des solutions étalons et réaliser la droite d’étalonnage représentant la loi de Beer-Lambert, Aλ=k⋅c.
3. Mesurer l’absorbance de la solution à doser et déterminer sa
concentration en exploitant la droite d’étalonnage (doc. 5).
Vocabulaire
Dosage : doser une espèce chimique
consiste à déterminer la quantité de
matière ou la concentration de cette
espèce.
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 permet de comparer des valeurs plus grandes et minimiser ainsi les incertitudes.
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