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Physique - analyse d'un système chimique par des méthodes physiques

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Analyse d'un système
chimique par des méthodes
physique
#
L'acidité d'une solution aqueuse est due à la présence des ions oxonium H30+. Le p
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Analyse d'un système chimique par des méthodes physique # L'acidité d'une solution aqueuse est due à la présence des ions oxonium H30+. Le pH (potentiel hydrogène) qui est un indicateur d'acidité est défini par la relation : A RETENIR: pH = -log -bood [H₂0+] Co [H3O+]: concentration en quantité de matière en ion oxonium, en mol. L^-1 c0: concentration standard = 1 mol.L^-1 [H3O+] = Cox 10-PH La définition du pH n'est valable que pour des solutions où [H3O+] < 0.1 mol.L^-1. DÉFINITION: Le pH dépend de la température. A 25°C, il varie entre 0.0 et 14.0. Si pH <7, la solution est dite acide. Si pH = 7, la solution est dite neutre. Si pH > 7, la solution est dite basique. DÉFINITION: Lorsque l'espèce dissoute est colorée, on utilise un dosage spectrophotométrique. Il consiste à mesurer, grâce à un spectrophotomètre, les absorbances de solutions colorées de concentrations connues (solutions étalons) à une longueur d'onde donnée, correspondant au maximum d'absorption (pour être le plus précis possible). À RETENIR: Pour une longueur d'onde donnée, si la solution est suffisamment diluée (A < 1.2) l'absorbance A d'une espèce en solution est proportionnelle à sa concentration C et est représenté graphiquement par une droite A = f(C) passant par l'origine (droite d'étalonnage). La loi de Beer-Lambert traduit la proportionnalité entre A et C: 4 Absorbance A sans unité L.mol-¹.cm-¹ *A=&xlx C² cm mol.L-1 La loi de...

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Légende alternative :

Beer-Lambert s'applique aussi avec la concentration en masse 0,15- 0,1- 0,05 0 Concentration C (mmol.L-¹) 10 15 20 5 EXEMPLE: On souhaite déterminer la concentration en masse en éosine d'une dosette vendue pour vérifier l'indication "éosine 2% massique". On a diluée 400 fois la dosette d'éosine: Solutions étalons S1 C(f) en mg.L^-1 20 On mesure l'absorbance de la solution inconnue diluée 400 fois, donnant A = 0.3025. Puis on mesure. l'absorbance de chaque solutions étalons afin de construire la droite d'étalonnage A = f(t). Par lecture graphique, on trouve que t = 49.69 mg.L^-1 S2 40 t(ref) = m/V=2/100*10^-3-20 g.L^-1 t(mes)= 49.69*400*10^-3 19.9 g.L-1 S3 60 On cherche maintenant à vérifier l'indication. 2% massique signifie que pour 100g de dosette on a 2g d'éosine. On considère que la masse volumique de la solutions d'éosine dans la dosette est égale à celle de l'eau soit 1.0 g.mL^-1: il y a donc 2g d'éosine dans 100mL de dosette. Ainsi : Conductivité (S.m-¹) S4 On vérifie la cohérence de nos mesures avec la mesure de référence en calculant le rapport : It (mesuré) -t(ref)| 119.9-201 1.0 0 = = 0.1 Conductivité molaire ionique (S.m².mol-¹) 80 u(t) Sachant que 0.1<2, la valeur de concentration en masse déterminée expérimentalement est en accord avec la valeur de référence, l'indication sur la dosette est donc vérifiée. DÉFINITION: Lorsque l'espèce dissoute est ionique, on utilise un dosage conductimétrique. Il consiste à mesurer, grâce à un conductimètre, les conductivités de solutions ioniques de concentrations connues (solutions étalons). o: conductivité en siemens par mètre S.m^-1 k(sonde): constante caractéristiques de la sonde en m^-1 G: conductance en siemens S Σi di Ci Une solution ionique conduit le courant électrique grâce aux déplacements des ions qu'elle contient. La conductance G est une gradeur qui traduit la capacité d'une portion de solution à conduire le courant, elle s'exprime en siemens (S): dépend de la solution & des caractéristiques géométriques de la sonde de mesure. Mesurer la conductivité de la solution permet de s'affranchir de ces caractéristiques. La conductivité est reliée à la conductance par la relation : o=k(sonde)* G S5 H À RETENIR: Pour une solution ionique suffisamment diluée (C < 10^-2) et ne contenant qu'un seul soluté ionique, la conductivité de la solution est proportionnelle à la concentration C en soluté ionique apporté. La loi de Kohlrausch traduit la proportionnalité entre o et C: o (m5.cm-¹) o= kx C 100 concentration (mol.m³) 1,4- 1,0- 0,8- 0,6- 0,4- 0,2- 0,0 0 of T 2 4 6 8 10 Zone de non validié de la loi de Kohlrausch C(mmol.L-¹) 14 T + 12 EXEMPLE: On souhaite déterminer la concentration en masse de chlorure de sodium présent dans le sérum physiologiques afin de vérifier l'indication "0.9% en masse de chlorure de sodium". On a utilisé une solution mère SO de concentration CO = 10 mmol.L^-1 et les solutions filles auront un volume de 50mL. On prépare 5 solutions étalons, le sérum physiologique aura été dilué 20 fois. On cherche d'abord le volume V(m) à prélever. C(m)* V(m) = C(f)* V(f), de plus C(m) = 10 mmol.L^-1, V(f) = 50mL, trouvons C(f): on choisit des C(f) afin que C soit compris dedans donc on cherche par le calcul la valeur de C. L'indication donnée signifie que pour 100g de sérum on a 0.9g de NaCl, on suppose ainsi que la masse volumique du sérum est égale à celle de l'eau donc pour 100mL on a 0.9g. On utilise la relation t = m/V = 0.9 / 100 * 10^-3 = 9.0 g.L^-1, or la solution a été diluée 20 fois donc on a: t(diluée )=t/20 = 9.0/20=0.45 g.L^-1. On utilise la relation C=t/M, ainsi : C(diluée) = t(diluée)/M(NaCl) = 0.45/58.5= 7.7 mmol.L^-1 Nous pouvons donc utiliser des solutions étalons de concentration en quantité de matière de : 2.0; 4.0; 6.0 8.0 et 10.0. Pour la solution 2, C(f)= 4.0 mmol.L^-1, on a : V(m) C (f)* V(f)/C(m) = 4.0*50.0/10.0 V(m)=20 mL On trace la droite d'étalonnage a = f(C) Par lecture graphique on trouve que C(S2) = 7.81 mmol.L^-1, ainsi C(diluée) = 7.81 * 10^-3 mol. L^-1 et C = 7.81* 10^-3 * 20 1.56*10^-1 mol.L^-1. t(mes) = C* M(NaCl) = 1.56*10^-1* 58.5-9.13 g.L^-1 Comparons t(mes) et t(ref): On sait que t(mes) = 9.13 g.L^-1, t(ref) =9.0 g.L^-1 et U(tmes) = 0.5 g.L^-1: It (mesuré) -t(ref)| 19.13-9.01 = 0.3 0.5 u(t) Sachant que 0.3<2, la valeur de concentration en masse déterminée expérimentalement est en accord avec la valeur de référence, l'indication sur le sérum est donc vérifiée. DÉFINITION: Un gaz est dit "parfait" si la taille de ses entités est négligeable devant la distance qui les sépare et si les interactions entre elles sont négligeables. A basse pression, tous les gaz peut être assimilés à des gaz parfaits. À RETENIR : L'équation d'état des gaz parfait s'écrit : n: quantité de matière (mol) P: pressionPxV=nxRxTT: (Pa) V: volume (m³) température absolue (K) T(K) = T(°C) + 273 R: constante des gaz parfaits R= 8,314 (J. mol-¹ K-¹) Remarque : pour convertir les litres L en mètre cube m³, on divise la valeur "volume" par 1000, ainsi 1L = 1*10^-3 m³ !! A RETENIR+ DÉFINITION: En spectroscopie UV-visible, on présente l'absorbance A d'une espèce chimique en fonction de la longueur d'onde λ des radiations. Le graphe ainsi obtenu est appelé spectre d'absorption UV-visible. Les solutions colorées absorbent dans le domaine visible, celles qui sont incolores peuvent absorber dans le domaine de l'UV. La valeur de la longueur d'onde au maximum d'absorption ainsi que l'allure du spectre peuvent permettre d'identifier une espèce chimique dans une solution. Rappel la couleur perçue d'une espèce chimique colorée est la couleur complémentaire de celle des radiations principalement absorbées. H A RETENIR + DÉFINITION: En spectroscopie infrarouge IR, on représente la transmittance T d'une espèce chimique en fonction du nombre d'onde o (inverse de la longueur d'onde). Le graphe ainsi obtenu est appelé spectre d'absorption IR. Celui-ci révèle des bandes d'absorption dont la position et l'intensité sont caractéristiques des liaisons présentes dans une molécule et permet ainsi d'en identifier les groupes caractéristiques. NOTE: Si le spectre IR d'un mélange d'espèce chimique comporte tout les pics d'absorption correspondant aux groupes caractéristiques d'une espèces chimique, il est possible de supposer la présence de l'espèce chimique. Mais sans plus d'informations on ne peut rien affirmer.