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1 CC4 LA SPECTROPHOTOMÉTRIE I) POURQUOI UNE SUBSTANCE EST -ELLE COLORÉE? 1 ) La lumière blanche 2 ) Solutions colorées II)LE SPECTROPHOTOMÈTRE 1 ) Le spectrophotomètre 2 ) Facteurs dont dépend l'absorbance 3 ) Loi de Béer-Lambert III) SUIVI D'UNE TRANSFORMATION I ) POURQUOI UNE SUBSTANCE EST -ELLE COLORÉE? 1 ) La lumière blanche Elle contient toutes les radiations visibles dont les couleurs vont du rouge au violet. A chaque couleur dans l'air correspond une longueur d'onde. Couleur violet indigo bleu vert jaune orange rouge λ (nm) ) Solutions colorées On étudie plusieurs solutions colorées. 1 ) Quelle est la couleur de la solution de permanganate de potassium? 2 ) Observer le spectre d'absorption de cette solution.quelle est la partie absente? Manque le vert, jaune.

2 3 ) Comment interpréter la couleur de la solution? 4 ) Observer le spectre d'absorption de la fluorescéine, En déduire sa couleur. 5 ) Sous forme de conclusion, expliquer, du point de vue optique, à quoi sont dues les couleurs des solutions. A retenir : la couleur d'une solution dépend des radiations qu'elle absorbe. Elle laisse passer les radiations qui constituent sa couleur et absorbe les autres. (on peut nuancer ces propos en sachant que toutes les radiations sont plus ou moins absorbés) Remarque : ( vert et le magenta (bleu et rouge) sont complémentaires, leur superposition donne du blanc. bleu et le jaune (vert et rouge) sont complémentaires, leur superposition donne du blanc. rouge et le cyan (bleu et vert) sont complémentaires, leur superposition donne du blanc. Animation (livre p 69) long d'onde absorbée couleur absorbée couleur perçue violet jaune-vert bleu jaune vert-bleu orangé bleu-vert rouge vert pourpre jaune-vert violet jaune bleu orange vert-bleu rouge bleu-vert II)LE SPECTROPHOTOMÈTRE (cf TP) 1 ) Le spectrophotomètre (p169)

3 Il comporte une source de lumière blanche, un système dispersif et un porte cuve destiné à recevoir les cuves contenant la solution colorée à étudiée. Le système dispersif permet de choisir une longueur d'onde pour l'étude de la solution. Il comporte un détecteur pour mesurer l'intensité lumineuse I de la radiation monochromatique traversant la solution. L'appareil permet de connaître : soit le facteur de transmission T= I /I 0, I 0 : intensité lumineuse incidente fixée soit l'absorbance A, d'autant plus grande que I/I 0 est faible, grandeur sans unité A = log I/I 0 A retenir : le spectrophotomètre permet d'établir le spectre d'absorption d'une solution colorée. La grandeur mesurée est l'absorbance A. Plus la radiation monochromatique envoyée par le spectro est absorbée plus A est importante. L'objectif final est de trouver la radiation pour laquelle A est le plus grand possible. 2 ) Facteurs dont dépend l'absorbance expériences : On place deux béchers contenant une solution de permanganate de potassium sur le rétroprojecteur ( bécher 1 : 10 ml, bécher 2 : 50 ml) a) Qu'observe-t-on? On a placé deux solutions de sirop de menthe dans deux récipients différents ( une burette et un petit cristalllisoir) b) Laquelle des deux solutions est-elle la plus concentrée? A justifier. c) Que montre ces deux expériences? f) On place maintenant deux solutions de concentration différente,de même volume et dans les mêmes récipients sur le rétroprojecteur. Qu'observe-ton? d) De quels paramètres dépend l'absorbance d'une solution?

4 e) Quelles conditions faut-il respecter pour comparer les concentrations d'un même type de solution? La bande d'absorption est d'autant plus foncée que l'épaisseur de la solution traversée est importante. Les paramètres sont l'épaisseur de la solution et la longueur d'onde de la lumière incidente

5 3 ) Loi de Béer-Lambert A retenir A une longueur d'onde donnée, l'absorbance d'une solution est proportionnelle à sa concentration: A : absorbance de la solution A= l c l : longueur de la solution traversée (cm) c : concentration molaire de la solution (mol.l -1 ) ε : coefficient d'extinction molaire ( L.mol -1.cm -1 ) (il dépend de la nature de la solution et de λ ) La largeur de la cuve d'un spectrophotomètre est constante donc le produit lε est constant A une longueur d'onde donnée, l'absorbance d'une solution est proportionnelle à sa concentration : A = k. c k : constante de proportionnalité en L.mol -1 Cette relation n'est valable que dans certaines conditions : la lumière doit être monochromatique la solution doit être suffisamment diluée la solution doit être homogène Application : On travaille à une longueur d'onde constante λ = 540 nm et avec une cuve de longueur l = 1,0 cm. L'absorbance d'une solution de permanganate de potassium de concentration C= 5,0x10-4 mol.l -1 vaut A = 0,93 1 ) Quelle est l'absorbance d'une solution de permanganate de potassium de concentration C' = 8,0x10-4 mol.l -1 2 ) Calculer la valeur du coefficient d'extinction molaire des ions permanganate. III)SUIVI D'UNE TRANSFORMATION (cf TP) A retenir : La spectrophotométrie est une technique expérimentale pour suivre l'évolution d'une réaction chimique, notamment sa cinétique. Pour utiliser cette technique, il faut qu'une des espèces du milieu réactionnel soit colorée. On peut utiliser aussi cette technique pour retrouver la concentration inconnue d'une espèce colorée dans une solution.

6 Pour faire les mesures, il faut se placer à une certaine longueur d'onde, si possible une de celles qui sont le plus absorbées par l'espèce colorée. Il faut repérer cette radiation sur la courbe d'absorbance de l'espèce chimique. Une fois que ce choix est fait, il faut retenir que la valeur de l'absorbance augmente avec l'intensité de la couleur de la solution et son épaisseur. L'intensité de la couleur d'une solution dépend de la concentration de l'espèce chimique colorée. Il y a donc un lien entre l'absorbance et la concentration de l'espèce colorée. Ce lien est donnée avec la loi de Beer lambert : A= l c Cette loi indique que l'absorbance A et la concentration c sont proportionnelles. Pour trouver ce coefficient, il suffit de faire des mesures d'absorbances de solutions contenant l'espèce colorée avec différentes concentrations connues. On peut alors tracer la courbe d'étalonnage A= f(c). On obtient une droite qui passe par l'origine. Pour rechercher une concentration inconnue de l'espèce colorée, il suffit de mesurer son absorbance dans les même conditions et de regarder la concentration correspondante sur la courbe. Pour suivre la cinétique, il suffit de mettre le mélange dans la cuve du spectrophotomètre (ou colorimètre) et de mesurer l'absorbance à intervalles réguliers. Grâce à la courbe (ou après avoir calculer le coef directeur), on a accès à la concentration c(t) et donc à n(t) (n(t) = c(t).v, V étant le volume du mélange réactionnel) Ensuite c'est du classique. Grâce à un tableau d'avancement, on relie n(t) à x(t), ce qui permet d'avoir la quantité de toutes les espèces au cours du temps. Le tracer de x(t) = f(t) permet de retrouver l'avancement final et le temps de ½ réaction.

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