Composition chimique des solutions

A

Concentration d’une espèce dissoute

La concentration d’un soluté en solution se calcule en fonction de :

• sa concentration en masse $\gamma$ : $\gamma =\frac{m_{\text{ solute }}}{V_{\text{ solution }}}$
Avec :
• $\gamma$ en g·L^-1 ;
• la masse $m_{\text{solute}}$, en g ;
• le volume $V_{\text{solution}}$ de la solution en L.


• sa concentration $c$ en quantité de matière : $c=\frac{n_{\text{ solute }}}{V_{\text{ solution }}}$
Avec :
• $c$ en mol·L^-1 ;
• la quantité de matière $n_{\text{solute}}$, en mol ;
• le volume $V_{\text{solution}}$ de la solution en L.

❯ $\gamma =c\cdot M$, avec $M$ la masse molaire du soluté en g·mol^-1.


• Remarque : pour un soluté ionique, la concentration en quantité de matière de l’espèce $[\mathrm{X}]=\frac{n_{\mathrm{X}}}{V_{\text{ solution }}}$
Avec :
• $[\mathrm{X}]$ en mol·L^-1 ;
• $n_{\text{X}}$ en mol ;
• $V_{\text{solution}}$ en L.

B

Couleur d’une solution

• La couleur perçue d’une solution est la couleur complémentaire des radiations absorbées qui traversent la solution.
  


• Les couleurs complémentaires sont diamétralement opposées sur le cercle chromatique.
  
  
❯ Plus la concentration d’une espèce chimique colorée en solution est élévée, plus la solution est foncée et plus les radiations sont absorbées.

C

Absorbance

• L'absorbance $A$ est la proportion des radiations incidentes d’intensité $I_0$ absorbées en mesurant l’intensité des radiations non absorbées $I$.
  
  
• La courbe $A=\text{f}(\lambda )$ est appelée spectre d'absorption.
  Elle permet de déterminer la longueur d’onde, notée ${\lambda }_{max}$, de l’absorbance maximale, notée $A_{max}.$
  Cette longueur d'onde ${\lambda }_{max}$ correspond à la couleur complémentaire de la solution.


• Spectrophotomètre = appareil de mesure d’absorbance sur une gamme de longueurs d’onde qui s’étend entre les ultraviolets proches (200 nm à 400 nm) et le domaine visible (400 nm à 800 nm).

A

Loi de Beer-Lambert

Selon la loi de Beer-Lambert :

avec :

• $A_{\lambda }$, l'absorbance d'une espèce chimique en solution diluée, sans unité ;
• ${\epsilon }_m$, le coefficient d'extinction molaire, en L·mol^-1·cm^-1 ;
• $l$, l'épaisseur de la solution, en cm ;
• $c$, la concentration en quantité de matière, en mol·L^-1.

❯ Pour des conditions expérimentales données ($\lambda$, ${\epsilon }_{\lambda }$ et $l$ fixés), la loi de Beer-Lambert peut se résumer à : $A_{\lambda }=k\cdot c$, avec $k$ le coefficient de proportionnalité en L·mol^-1.

B

Dosage spectrophotométrique par étalonnage

Un dosage spectrophotométrique par étalonnage se fait selon le protocole suivant :

1. Déterminer la longueur d’onde ${\lambda }_{\text{max}}$ pour laquelle l'absorbance est maximale.

2. Pour ${\lambda }_{\text{max}}$, mesurer l’absorbance des solutions étalons et réaliser la droite d’étalonnage représentant la loi de Beer-Lambert, $A_{\lambda }=k\cdot c.$

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

• Pour une longueur d’onde donnée,l’absorbance d’une espèce chimique colorée en solution est proportionnelle à la concentration de cette espèce chimique.
  
• La loi de Beer-Lambert s’écrit : $A_{\lambda }=k\cdot c={\epsilon }_{\lambda }\cdot l\cdot c$






• Cette propriété permet de doser une espèce chimique par étalonnage spectrophotométrique.

❯ Les conditions de validité de la loi de Beer-Lambert sont les suivantes :


• les espèces chimiques présentes en solution ne doivent pas réagir ensemble ;
• la solution doit être homogène ;
• la radiation incidente doit être monochromatique ;
• la radiation incidente ne doit pas faire réagir les espèces chimiques en solution ;
• les valeurs d’absorbance ne doivent pas être trop importantes : $A$ $=1$ est la limite communément admise.