La loi de Kohlrausch et l'analyse spectroscopique

Ce chapitre aborde la loi de Kohlrausch pour les solutions diluées et introduit les principes de base de l'analyse spectroscopique, en particulier la spectroscopie infrarouge.

Définition: La loi de Kohlrausch établit que la conductivité d'une solution diluée est la somme des contributions de chaque ion présent.

Formule: σ = Σ λi × $Xi$, où λi est la conductivité molaire ionique de l'espèce i et $Xi$ sa concentration.

L'analyse spectroscopique utilise l'interaction entre le rayonnement électromagnétique et la matière pour caractériser les substances chimiques. On distingue deux types principaux de spectroscopie :

1. UV-visible $200 à 800 nm$
2. Infrarouge $2,5 à 25 μm$

Highlight: La spectroscopie UV-visible est basée sur l'absorption de la lumière par les électrons, tandis que la spectroscopie infrarouge fait vibrer les liaisons moléculaires.

L'absorbance $A$ d'une solution est liée à sa concentration selon la loi de Beer-Lambert :

Formule: A = ε × l × c, où ε est le coefficient d'absorption molaire, l l'épaisseur de la cuve et c la concentration.

Example: En spectroscopie UV-visible, la couleur observée d'une solution est complémentaire de la couleur absorbée.

Principes de la spectroscopie infrarouge

La spectroscopie infrarouge est une technique puissante pour l'identification des liaisons chimiques et la caractérisation des molécules. Ce chapitre détaille les principes fondamentaux et l'interprétation des spectres IR.

Définition: La spectroscopie infrarouge analyse l'absorption du rayonnement IR $12,5 à 25 μm$ par les liaisons moléculaires, provoquant leurs vibrations caractéristiques.

Le spectre IR présente la transmittance $ou l'absorbance$ en fonction du nombre d'onde $en cm⁻¹$. Chaque liaison moléculaire absorbe à des fréquences spécifiques, créant des bandes d'absorption caractéristiques.

Example: La liaison O-H présente une bande large d'absorption entre 3200 et 3650 cm⁻¹.

Highlight: L'interprétation d'un spectre infrarouge permet d'identifier les groupes fonctionnels présents dans une molécule.

La transmittance $T$ est liée à l'absorbance $A$ par la relation :

Formule: A = -log$T$

Le dosage par étalonnage est une technique couramment utilisée en spectroscopie pour déterminer la concentration d'une espèce inconnue :

1. Préparer une gamme de solutions étalons de concentrations connues
2. Mesurer l'absorbance de chaque solution étalon
3. Tracer la courbe d'étalonnage $absorbance en fonction de la concentration$
4. Mesurer l'absorbance de l'échantillon inconnu
5. Déterminer sa concentration à partir de la courbe d'étalonnage

Vocabulary: La gamme d'étalonnage est l'intervalle de concentrations pour lequel la relation entre l'absorbance et la concentration est linéaire.

Formules importantes et dosage par étalonnage

Ce chapitre récapitule les formules essentielles en analyse physico-chimique et approfondit la technique du dosage par étalonnage.

Highlight: Les formules fondamentales à retenir :

• Concentration molaire : C = n / V
• Masse molaire : M = m / n
• Concentration massique : Cm = m / V

Pour le dosage par étalonnage, il est crucial de respecter certaines règles :

1. La concentration de l'échantillon inconnu doit être comprise dans la gamme d'étalonnage.
2. La relation entre l'absorbance et la concentration doit être linéaire $loi de Beer-Lambert$.
3. Les conditions expérimentales doivent être identiques pour toutes les mesures.

Example: Si on cherche la concentration C3 d'un échantillon inconnu, on doit s'assurer que C1 < C3 < C2, où C1 et C2 sont les concentrations des solutions étalons encadrant C3.

Vocabulary: La proportionnalité entre l'absorbance et la concentration est une condition essentielle pour la validité du dosage par étalonnage.

Formule: La loi de Kohlrausch s'applique dans le domaine de validité des solutions diluées : σ = Σ λi⁰ × ci, où λi⁰ est la conductivité molaire ionique limite.

En conclusion, la maîtrise des techniques de conductimétrie et de spectroscopie infrarouge, ainsi que la compréhension des principes du dosage par étalonnage, sont essentielles pour l'analyse physique des systèmes chimiques. Ces méthodes permettent une caractérisation précise des espèces en solution et l'identification des structures moléculaires.

La conductance en chimie

La conductance est une propriété fondamentale des solutions électrolytiques, mesurant leur capacité à conduire le courant électrique. Ce chapitre introduit les concepts clés liés à la conductance et conductivité des solutions.

Définition: La conductance G est l'inverse de la résistance électrique et s'exprime en siemens $S$.

La conductance d'une solution dépend de plusieurs facteurs :

1. La géométrie de la cellule de mesure $distance entre les plaques et surface des électrodes$
2. La nature de la solution $concentration et type d'ions$
3. La température

Formule: La conductance formule est donnée par G = σ × $S/L$, où σ est la conductivité, S la surface des électrodes et L la distance entre elles.

Highlight: En chimie, on préfère utiliser la conductance plutôt que la résistance car elle est directement proportionnelle à la concentration des ions en solution.

La conductivité $σ$ est une propriété intrinsèque de la solution, indépendante de la géométrie de la cellule. Elle s'exprime en S/m.

Vocabulary: La constante de cellule K = L/S est un paramètre caractéristique de la cellule de mesure, permettant de relier conductance et conductivité.