Chapitre 2 (χ) – Méthodes physiques d’analyse chimiques

« Term – Spé Chap.

2 Chapitre 2 (χ) – Méthodes physiques d’analyse chimiques "Attention : dans ce chapitre, le symbole λ est utilisé pour des grandeurs différentes : la longueur d’onde λ et la conductivité molaire d’une solution X λX . 1 pH d’une solution aqueuse I Cf TP : pH et concentration en ions oxonium 1.1 Définition et mesure du pH En solution aqueuse, le pH (sans unité) est lié à la concentration d’ions oxonium H3O+ : [H3O+] (en mol/L) et est défini à partir de la relation :   [H3O+] pH = − log C0 où C 0 est la concentration standard égale à C 0 = 1 mol/L.

Réciproquement, on a toujours : [H3O+] = C 0 · 10−pH "Attention : Les ions H+ n’existent pas seuls en solution aqueuse.

Ils s’associent avec H2O(l) au cours d’une + réaction pour former des ions oxonium H3O+ selon la demi-équation : H+ + H2O(l) H3O(aq) . Domaine de validité : ces relations sont valables pour des solutions aqueuses diluées ([H3O+] < 0, 05 mol/L ou pH > 1, 3). Exemple : Le pH de d’un célèbre soda "C∗ ∗ ∗-C∗ ∗ ∗" est égal à 2,6.

On en conclut que : [H3O+] = C 0 · 10−pH = :::::::: −2,6 1 × 10 = 2, 5 × 10−3 mol/L. 0 14 7 pH Solution acide Solution basique   H3 O + (en mol/L) 100 10−7 Solution neutre 10−14 Remarques : • Le pH est une fonction décroissante de la concentration en ion oxonium H3O+ : plus la concentration est élevée, plus le pH est faible. • Le pH de l’eau pure est égal à 7,0 : [H3O+] = 1, 0 × 10−7 mol/L. On mesure la valeur du pH avec un pH-mètre muni d’une sonde.

Il faut alors étalonner l’appareil avec des solutions étalons de pH = 7, 0 puis pH = 4, 0.

On peut rapidement utiliser un papier pH ou un indicateur coloré (par exemple BBT) mais le résultat est moins précis. 1.2 pH et dillution Lors d’une dilution, on note F le facteur de dilution correspondant au rapport entre les concentrations de la solution mère cmère et de la solution fille cfille , exprimées en (mol/L) : F = Cmère Cfille + Pour une solution d’acide fort, en considérant les concentrations en ion oxonium H3O(aq) et une dilution raisonnable, on a :       [H3O+]fille [H3O+]mère [H3O+]mère pHfille = − log = − log = log(F ) − log = log(F ) + pHmère C0 F C0 C0 Exemple : Si on dilue 10 fois une solution (F = 10) alors : pHfille = log(F )+pHmère = log(10)+pHmère = 1+pHmère :::::::: 1 Term – Spé 2 Chap.

2 Spectroscopie UV-visible et infrarouge L’analyse spectroscopique est une technique basée sur l’absorption de certains rayonnements par la substance à analyser. Cuve (de largeur `) Intensité lumineuse incidente Intensité lumineuse transmise I0 I Substance à analyser Un rayonnement incident de longueur d’onde connue traverse la substance étudiée, puis le rayonnement transmis est analysé.

On distingue la spectroscopie UV-visible de la spectroscopie IR, car ces deux techniques utilisent des rayonnements de longueurs d’onde différentes et fournissent des informations différentes. 2.1 Spectroscopie UV-visible La spectroscopie UV-visible utilise des rayonnements compris entre 100 nm et 800 nm.

Ces rayonnements peuvent être absorbés par les électrons de certaines liaisons moléculaires.

Le graphique représentant l’absorbance A (sans unité) en fonction de la longueur d’onde λ est appelé spectre d’absorption "UV-visible". L’allure du spectre UV-visible dépend de la concentration de l’espèce absorbante, de la nature du solvant et l’espèce chimique étudiée.

La couleur apparente d’une espèce colorée éclairée sous lumière blanche se déduit de son spectre dans le domaine du visible : il s’agit de la couleur complémentaire du rayonnement pour lequel l’absorbance est maximale.

La valeur absorbance maximale du spectre ainsi que son allure peuvent permettre l’identification d’une espèce chimique. La loi de Beer-Lambert donnant proportionnalité entre absorbance Aλ (à la longueur d’onde λ) et concentration [X] (en mol/L) d’une espèce donnée X(aq) : Aλ = λ · [X] · `   Aλ : absorbance (sans unité) avec ` : largeur traversée par la lumière (en m)   [X] : concentration (en mol/L) avec ` la largeur (traversée par la lumière) de la cuve (en cm), λ le coefficient d’absorption molaire de l’espèce chimique X(aq) à la longueur d’onde λ (en L · mol−1 · cm−1 )..... »