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1 4- Couleur et quantité de matière TP : Loi de Beer-Lambert Dosage spectrophotométrique Objectif : Utiliser la lumière pour déterminer la concentration d'une solution colorée. A- Documents mis à disposition Un spectrophotomètre est un appareil qui permet d étudier de façon quantitative l absorption de la lumière par une espèce colorée. Il affiche une grandeur sans unité, appelée absorbance A. Elle caractérise l absorption d une radiation lumineuse par une substance colorée dans une solution de concentration donnée et dépend : du soluté coloré, de la longueur (l) de la solution traversée, de la longueur d onde ( ) du rayonnement et de la concentration (c) en soluté. La loi de Beer-Lambert traduit la proportionnalité entre l absorbance et la concentration et s exprime par la relation : A : absorbance de la solution (sans unité) A =.l. c : coefficient d'absorption molaire (L.mol -1.cm -1 ) l : épaisseur de la solution traversée (cm) c : concentration de la solution (mol.l -1 ). Une solution de permanganate de potassium éclairée en lumière blanche présente une couleur violette, le document ci-dessous montre son spectre d absorption. L eau de Dakin est un antiseptique local constitué d une solution de Javel diluée à laquelle a été notamment ajoutée du permanganate de potassium afin de stabiliser la solution vis-à-vis de la lumière. La préparation de l eau de Dakin fait intervenir une faible concentration en permanganate de potassium (de l ordre de 10-5 mol.l -1 ). Le Dosage Spectrophotométrique : Doser une espèce chimique dans une solution consiste à déterminer la concentration molaire de l espèce dans une solution inconnue. En spectrophotométrie ce dosage s effectue grâce à la mesure de l absorbance de la solution. Un dosage par étalonnage consiste à comparer une propriété physique d un échantillon à la même propriété physique par une gamme d étalon. Matériel mis à disposition : Rappel : Lors d une dilution il y a conservation de la quantité de matière : n mère = n fille C mère x V mère = C fille x V fille B- Travail demandé Analyse des documents : 1- Quelle est la couleur principalement absorbée par la solution? Justifier la couleur violette de la solution. 2- Comment évolue l'absorbance d'une solution colorée? a) En fonction de la concentration en substance colorante? b) En fonction de «l'épaisseur» de solution? c) Quand la solution est incolore? Démarche expérimentale : 1- Sachant que l absorbance est proportionnelle à la concentration de la solution, proposer, à partir du matériel disponible, un protocole expérimental permettant de déterminer la concentration en permanganate de potassium, de la solution d'antiseptique, à partir d une solution mère de permanganate de potassium de concentration C 0 connue. Faire vérifier par le professeur. 2- Chaque binôme complète une ligne des tableaux donnés en annexe et réalise une expérience. 3- De la mise en commun des résultats, tracer la droite (Régressi) et en déduire la concentration en permanganate de potassium dans l eau de Dakin Loi de Beer-Lambert : 1- Déterminer le coefficient directeur de la droite et proposer une écriture de la loi de Beer-Lambert 2- Déterminer alors la valeur du coefficient d'extinction molaire

2 4- Couleur et quantité de matière TP : Loi de Beer-Lambert Dosage spectrophotométrique Objectif : Utiliser la lumière pour déterminer la concentration d'une solution colorée. A- Documents mis à disposition Un spectrophotomètre est un appareil qui permet d étudier de façon quantitative l absorption de la lumière par une espèce colorée. Il affiche une grandeur sans unité, appelée absorbance A. Elle caractérise l absorption d une radiation lumineuse par une substance colorée dans une solution de concentration donnée et dépend : du soluté coloré, de la longueur (l) de la solution traversée, de la longueur d onde ( ) du rayonnement et de la concentration (c) en soluté. La loi de Beer-Lambert traduit la proportionnalité entre l absorbance et la concentration et s exprime par la relation : A : absorbance de la solution (sans unité) A =.l. c : coefficient d'absorption molaire (L.mol -1.cm -1 ) l : épaisseur de la solution traversée (cm) c : concentration de la solution (mol.l -1 ). Une solution de permanganate de potassium éclairée en lumière blanche présente une couleur violette, le document ci-dessous montre son spectre d absorption. L eau de Dakin est un antiseptique local constitué d une solution de Javel diluée à laquelle a été notamment ajoutée du permanganate de potassium afin de stabiliser la solution vis-à-vis de la lumière. La préparation de l eau de Dakin fait intervenir une faible concentration en permanganate de potassium (de l ordre de 10-5 mol.l -1 ). Le Dosage Spectrophotométrique : Doser une espèce chimique dans une solution consiste à déterminer la concentration molaire de l espèce dans une solution inconnue. En spectrophotométrie ce dosage s effectue grâce à la mesure de l absorbance de la solution. Un dosage par étalonnage consiste à comparer une propriété physique d un échantillon à la même propriété physique par une gamme d étalon. Matériel mis à disposition : Rappel : Lors d une dilution il y a conservation de la quantité de matière : n mère = n fille C mère x V mère = C fille x V fille B- Travail demandé Analyse des documents : 1- Quelle est la couleur principalement absorbée par la solution? Justifier la couleur violette de la solution. Une solution colorée absorbe une partie des radiations de la lumière qu elle reçoit : La longueur d onde maximale d absorption de la solution est max = 530 nm et se situe dans le vert. La couleur de la solution résulte de la superposition des radiations transmises (non absorbées) et est complémentaire de celle des radiations absorbées. La couleur complémentaire du vert est le magenta, ce qui correspond bien à la couleur transmise. 2- Comment évolue l'absorbance d'une solution colorée? a) En fonction de la quantité de substance colorante? L absorbance augmente avec la quantité de substance colorante b) En fonction de «l'épaisseur» de solution? L absorbance augmente avec l épaisseur de la solution traversée c) Quand la solution est incolore? L absorbance est nulle si aucune lumière n'est absorbée

3 Démarche expérimentale : 1- Sachant que l absorbance est proportionnelle à la concentration de la solution, proposer, à partir du matériel disponible, un protocole expérimental permettant de déterminer la concentration en permanganate de potassium, de la solution d'antiseptique, à partir d une solution mère de permanganate de potassium de concentration C 0 connue. Faire vérifier par le professeur. Objectif : déterminer la concentration en permanganate de potassium de la solution d'antiseptique à partir d une droite d étalonnage a) Préparer à partir d'une solution mère contenant du permanganate de potassium, des solutions filles de concentrations bien déterminées b) Mesurer l'absorbance de chaque solution (choisir la longueur d onde au maximum d absorption) c) Construire la courbe représentant l'absorbance en fonction de la concentration A = f(c) d) Déterminer graphiquement la concentration de la solution inconnue à partir de la mesure de l'absorbance de la de celle-ci 2- Chaque binôme complète une ligne des tableaux donnés en annexe et réalise une expérience. 1 dilution par paillasse élève 7 ou 8 solutions selon le nombre d élèves par 1/2 groupe A partir d une solution mère de concentration C 01 = 2,5x10-3 mol.l -1 V (ml) de solution fille diluée n x10-4 1,83 n ,5x10-4 1,10 n ,25x10-4 0,57 n ,25x10-5 0,29 A partir d une solution mère de concentration C 02 = 1x10-3 mol.l -1 V (ml) de solution fille diluée n x10-4 0,87 n x10-4 0,45 n x10-5 0,22 n ,5x10-5 0,11 3- De la mise en commun des résultats, tracer la droite (Régressi) et en déduire la concentration en permanganate de potassium dans l eau de Dakin Imprimer la droite ne pas utiliser les valeurs des solutions n 1 et n 2 trop concentrées hors étalonnage L'absorbance de la solution d'antiseptique étant A = 0,12, on trouve graphiquement une concentration en permanganate de potassium dans la solution : C x = 2,68x10-5 mol.l -1. Loi de Beer-Lambert : 1- Déterminer le coefficient directeur de la droite et proposer une écriture de la loi de Beer-Lambert La courbe A = f(c) est bien une droite passant par l'origine donc on peut vérifier que l'absorbance est proportionnelle à la concentration. A = k x c Le coefficient directeur vaut : k = (A1 - A2)/(c1 - c2) en L.mol -1 lecture Régressi : k = 4475 L.mol Déterminer alors la valeur du coefficient d'extinction molaire k = x l = k/l et l = 1 cm donc e = 4475 L.mol -1.cm -1 Le coefficient d'extinction molaire dépend de la nature de l'espèce, de la longueur d'onde de la radiation utilisée, du solvant et de la température. Rmq : La loi de Beer-Lambert est additive : lorsque plusieurs espèces colorées sont présentes, l absorbance de la solution est la somme des absorbances dues aux différentes espèces : A =.l.c 1 +.l.c

4 ANNEXE - FICHE METHODE DILUTION Diluer une solution consiste à ajouter du solvant pour obtenir une solution moins concentrée La solution concentrée que l'on veut diluer s'appelle : la solution mère S 0 (concentration C 0 et volume V 0 ) La solution diluée finale s'appelle : la solution fille S (concentration C et volume V) La verrerie de prélèvement doit permettre des mesures de volumes très précises La pipette jaugée doit être rincée 1 fois avec la solution mère avant de prélever le volume à verser dans la fiole Ne jamais prélever directement dans la solution mère! toujours verser une petite quantité dans un bécher Prélever avec une propipette La fiole jaugée doit être propre et sèche Il ne doit pas rester de gouttes sur le bord de la fiole Ne pas dépasser le trait de jauge! DILUTIONS A REALISER AU COURS DU TP ( pipette à 1 ou 2 traits!) A partir d une solution mère de concentration C 01 = 2,5x10-3 mol.l -1 V (ml) de solution fille diluée n n n n A partir d une solution mère de concentration C 02 = 1x10-3 mol.l -1 V (ml) de solution fille diluée n n n n

5 Nom du TP : TP Loi de Beer-Lambert Liste de matériels : 1S Nbre d'élèves : Nbre de paillasses: 8 A préparer pour : Matériels: Quantité pour la Quantité Fait NOM pour le professeur pipette jaugée 5 ml pipette jaugée 10 ml pipette jaugée 20 ml propipette fiole jaugée 100 ml fiole jaugée 200 ml bécher 50 ml verre à pied pissette spectrophotomètre x2 x5 x16 x1 (prof) Produits: NOM Concentration Quantité pour la Quantité Fait (mol.l -1 ) pour la solution de KMnO 4 solution de KMnO 4 flacon de Dakin 2,5x10-3 1x10-3 x4 x4 x1

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