AP7 SPECTROSCOPIE UV-VISIBLE :

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1 P7 SPETROSOPIE UV-VISILE : Données : Spectre de la lumière blanche : (ci-contre) ercle chromatique : (ci-contre) Deux couleurs diamétralement opposées sont complémentaires. Loi de eer-lambert : Soit une solution contenant une seule espèce qui absorbe à la longueur d onde d étude. L absorbance de la solution à cette longueur d onde est reliée à la concentration molaire du soluté c, ainsi qu à l épaisseur de solution traversée par le faisceau : =..c avec sans unité, en cm, c en mol.l et le coefficient d absorption molaire en L.cm.mol. caractérise l intensité de l absorption de l espèce colorée, indépendamment de l épaisseur de la solution et de la concentration c bleu-vert cyan vert 5 nm jaune-vert jaune 5 nm 57 nm bleu roi bleu orange rouge 45 nm 7 nm violet magenta rouge-rosé EXERIE : Etude d un sirop de menthe Dans l industrie alimentaire, la couleur verte peut être obtenue par l utilisation d un colorant vert ou d un mélange de colorants. Document : Indications présentes sur Document 2 : ourbes d étalonnage pour la tartrazine (45 nm) et pour l étiquette d une bouteille de sirop de le bleu patenté V (64 nm) à partir d une gamme étalon. menthe. 2, OMPOSITION : Sucre, eau, sirop de glucose-fructose, arôme de menthe, colorants : E2 E,5,,5 leu patenté V Tartrazine, Document : Spectre d absorption ( =, cm) du sirop de menthe dilué fois c (mg.l ) Document 4 : Spectre d absorption d une solution de tartrazine (E2) et d une solution de bleu patenté V (E) (épaisseur de la cuve =, cm),6,2 Tartrazine (colorant jaune) leu patenté V (colorant bleu),6,8, QUESTIONS : Répondre à l'aide de ses connaissances et des documents.. Relier les spectres d'absorption de la tartrazine et du bleu patenté V à leurs couleurs. 2. Expliquer la couleur du sirop de menthe à partir de son spectre d'absorption.. Justifier le choix des longueurs d'onde de travail retenues (45 nm et 64 nm) pour le dosage spectrophotométrique de la tartrazine et du bleu patenté V contenus dans le sirop de menthe. 4. Donner les valeurs de l absorbance du sirop de menthe dilué à ces longueurs d onde. 5. Déterminer les concentrations massiques de tartrazine ( T ' ) et de bleu patenté V ( ') dans le sirop de menthe dilué. 6.. En déduire les concentrations massiques de la tartrazine, T, et du bleu patenté V,, dans le sirop de menthe Présenter les valeurs des concentrations massiques en tartrazine et en bleu patenté V dans le sirop de menthe sous la forme = moy ± sachant que l'incertitude relative des concentrations massiques est de %.,4

2 EXERIE 2 : Filtre anti-uv et crème solaire L avobenzone est une molécule employée comme filtre anti-uv dans les crèmes solaires. Document : Le rayonnement ultraviolet L'ultraviolet (UV) couvre les rayonnements électromagnétiques de longueurs d'onde comprises entre et 4 nm. Une partie des rayonnements émis par le Soleil sont des UV, qui sont potentiellement nocifs : ils sont classés en différentes plages de longueurs d'onde en fonction de leur pénétration dans les couches de la peau et de leur effet biologique. La couche d'ozone absorbe la totalité des rayonnements UV de longueur d'onde inférieure à 29 nm, les UV-. Les UV- et les UV-, de plus grande longueur d'onde, atteignent la surface de la Terre. Document : lassification des rayonnements UV Document 2 : La molécule d avobenzone Formule topologique Formule brute 2 H 22 O Masse molaire M =,9 g.mol ouleur des Très légèrement jaunâtre solutions (solutions concentrées) Document 4 : bsorbance d une solution d avobenzone. Une solution est préparée par dissolution d'une masse m =, mg de cristaux d'avobenzone dans un volume V = ml de propan-2-ol. Son absorbance dans l'uv est étudiée par spectrophotométrie, dans une cuve d'épaisseur =, cm. Le «blanc» du spectrophotomètre a été effectué avec une cuve remplie de propan-2-ol. : coefficient d absorption molaire de l avobenzone. UV UV- UV- Filtrés par la couche d ozone UV- «courts» UV- «longs» totalement partiellement non non en L.cm.mol 25,28 6,46. 27,2 29,228 7,8.,2 6,5.,29 6,49.,667 2,7. 4 5,86,7. 4 7,857 2, ,7. 4 9, 4,4. QUESTIONS : Répondre à l'aide de ses connaissances et des documents.. Montrer que la concentration molaire de la solution d'avobenzone (du doc 4) est égale à c =,22. 5 mol.l. 2.. ompléter le tableau du document Tracer le spectre de la molécule d'avobenzone : = f( ).. En ère approche, on considère qu'une espèce est un "bon" filtre à une longueur d'onde donnée lorsque 4 L.cm.mol. Quelle(s) catégorie(s) de rayonnements UV est(sont) filtrée(s) par l'avobenzone?

3 P8 SPETROSOPIE INFR ROUGE : Données : O H d un groupe O H d un groupe O d un O O Liaison hydroxyle en phase hydroxyle en phase groupe gazeuse condensée () (amide) (ester) aromatique (2) carbonyle Nombre d onde (cm ) O (acide carboxylique) H N H (amine ou amide) () Phase condensée : phase liquide ou solide (2) Désigne un composé avec un cycle aromatique comme le benzène ou ses dérivés. EXERIE : Le paracétamol est le médicament le plus prescrit en France. Sa formule topologique et ses spectres UV-visible et infrarouge sont représentés ci-contre et -5 Document : Formule topologique et spectre UV-visible du paracétamol en solution aqueuse. Document 2 : Spectre IR du paracétamol en phase gazeuse Questions :. Recopier la formule topologique de la molécule et entourer ses groupes caractéristiques. 2. iter le nom du groupe caractéristique OH.. À quelle classe fonctionnelle cette molécule appartient-elle du fait du groupe caractéristique contenant l'atome d'azote? 4. Le paracétamol est-il une espèce de la matière colorée? 5. ttribuer les bandes caractéristiques a, b, c, d et e du spectre IR aux liaisons correspondantes de la molécule. EXERIE 4 : Le spectre IR d une espèce chimique en phase condensée est représenté ci-contre. S agit-il : - de l éthanoate de propyle, - du -méthylpentan--ol, - de la 2,2-diméthylpropanamide - ou du pentanal? ide :. Ecrire les formules topologiques de ces molécules, entourer les groupes caractéristiques et les nommer. 2. quelle liaison correspond la bande d absorption à 66 cm environ sur le spectre IR? De quelle molécule s agit-il?. D autre(s) bande(s) d absorption permet(tent)-elle(s) de confirmer cette attribution?

4 P7 ET P8 ORRETION SPETROSOPIE UV-VISILE ET IR EXERIE :. D après le doc 4, la tartrazine présente une unique bande d absorption dans le visible, avec un maximum d absorbance vers = 4 nm : elle absorbe donc principalement les radiations bleues d après le spectre de la lumière blanche donné en annexe. L œil perçoit la couleur complémentaire, la tartrazine apparaît donc jaune d après le cercle chromatique (voir annexe). Le bleu patenté V présente une unique bande d absorption notable dans le visible, avec un maximum d absorbance à 64 nm, il absorbe principalement les radiations rouges. Il apparaît donc cyan, couleur complémentaire du rouge. 2. Le sirop de menthe absorbe les radiations rouges et bleues, et laisse essentiellement passer les radiations vertes : il apparaît donc de couleur verte.. D après le doc 4, à la longueur d onde = 64 nm, la tartrazine n absorbe pas, alors que le colorant bleu absorbe. L absorbance mesurée du sirop de menthe sera donc proportionnelle à la concentration du bleu patenté V d après la loi de eer-lambert, ce qui permettra de le doser. N.. : En outre, cette longueur d onde correspond au maximum d absorption du colorant bleu, ce qui abaisse l incertitude relative du dosage. À la longueur d onde = 45 nm, l absorbance de la tartrazine est élevée et le bleu patenté V n absorbe pas. L absorbance mesurée sera donc proportionnelle à la concentration de la tartrazine, ce qui permettra de la doser. 4. L absorbance du sirop dilué est (voir construction ci-contre :, - 45 =,8 pour = 45 nm, - 64 =,5 pour = 64 nm.,6, À la longueur d onde = 45 nm, seule la tartrazine absorbe la lumière et 45 =,8. La concentration de tartrazine est (voir construction ci-contre) : T ' = 22 mg.l À la longueur d onde = 64 nm, seule le bleu patenté V absorbe la lumière et 64 =,5. La concentration de bleu patenté V est : ' = 6,5 mg.l 6.. En tenant compte du facteur de dilution de, il vient : T =. T ' = 22. mg.l et =. ' = 65 mg.l 6.2. L incertitude relative est de %, cela signifie que : T % soit T T mg.l T 2,,5,,5 Mais l'incertitude porte sur l'unité (7 mg.l ) alors que la mesure a une précision de l'ordre de la dizaine (22. mg.l ) donc pour harmoniser on doit encore majorer l'incertitude à. mg.l On obtient donc : T = (22.. ) mg.l = (2,2,). 2 mg.l leu patenté V Tartrazine c (mg.l ) % soit 65 2 mg.l = (65 2) mg.l

5 EXERIE 2 :. En posant n la quantité d avobenzone contenu dans le volume V de la solution, on a : m n m,. 5 c M,22.. mol.l V V M.V, D après la loi de eer-lambert : =..c 27,2 = 27 nm : l.c,, ,. L.cm. mol 5 = 8 nm :.l.c 2,7.,,22., (L.cm.mol ),. 4 2,. 4,. 4. D après le spectre ci-dessus, l avobenzone comporte des coefficients d absorption molaire supérieurs à 4 L.cm.mol lorsque la longueur d onde est comprise entre 2 et 85 nm environ. ette plage de longueurs d onde correspond aux UV- «longs» d après le doc. EXERIE :. 2. OH est le groupe hydroxyle ette molécule appartient à la classe fonctionnelle des amides. Remarque : Elle n appartient pas à la classe fonctionnelle des alcools, mais à celle des phénols du fait de la fixation du groupe hydroxyle sur un noyau aromatique. 4. Le paracétamol n absorbe que des radiations du domaine de l UV, à des longueurs d onde inférieures à nm d après le spectre UV-visible : la solution n apparaît donc pas colorée. 5. La bande à 6 cm environ correspond à la liaison O H, celle à 4 cm à la liaison N H, celle à cm aux liaisons H, celle à 75 cm à la liaison =O et enfin celle à 5 cm aux liaisons = du cycle. EXERIE 4 :. Voici les formules topologiques des différents «candidats» : groupe ester n : éthanoate de propyle groupe hydroxyde n 2 : -méthylpentan--ol n 4 : pentanal groupe carbonyle n : 2,2-diméthylpropanamide groupe amide 2. On identifie sur le spectre une bande de forte absorption aux alentours de 66 cm -. Il s'agit donc a priori de la bande d'absorption d'une liaison =O, ce qui exclut l'alcool (n 2). Mais d'après les tables, le nombre d'onde ne peut pas correspondre à la liaison =O d'un aldéhyde (n 4) ou d'un ester (n ), puisqu'il serait alors compris entre 7 et 75 cm -. Il s'agit donc de l'amide (n ).. Il faut vérifier que les autres bandes d absorption caractéristiques des amides sont bien présentes sur le spectre IR. La bande fine et intense qui est centrée autour de 62 cm - environ correspond à l'absorption d'une liaison N H. On repère deux bandes larges et intenses pour 2 cm - et 4 cm - qui correspondent aussi à l'absorption des liaisons N H d'un amide. La bande d absorption à cm correspond à l absorption des liaisons H contenues dans la molécule n.