Comment déterminer la concentration d une solution colorée? Situation déclenchante Ces quatre solutions ont- elles la même concentration? Verdict!

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1 Comment déterminer la concentration d une solution colorée? NOTIONS ET CONTENUS Dosage de solutions colorées par étalonnage. Loi de Beer- Lambert. COMPETENCES ATTENDUES Pratiquer une démarche expérimentale pour déterminer la concentration d'une espèce colorée à partir d'une courbe d'étalonnage en utilisant la loi de Beer- Lambert. Activité 1 : A. Introduction à la spectrophotométrie Situation déclenchante Ces quatre solutions ont- elles la même concentration? Compétences travaillées : Identifier un problème (10) Formuler une hypothèse (11) Communiquer à l écrit (21) Ecrire vos hypothèses ou remarques çi- dessous : Verdict! Conclusion :

2 B. Notion d absorbance Document 1 Solution aqueuse de permanganate de potassium 1. Comparer qualitativement les intensités des faisceaux incident I 0 et transmis I. Expliquer. 2. Définir qualitativement «l absorbance d une solution colorée» Document 2 Spectre représentant l absorbance A de trois solutions de permanganate de potassium de concentrations molaires différentes : C 0, C 0 /2 et C 0 /4, en fonction de la longueur d onde λ exprimée en nanomètres. 1. Quelle longueur d onde choisir pour réaliser les mesures d absorbance avec la meilleure précision? 2. Peut- on considérer que l absorbance A de la solution aqueuse de permanganate de potassium est proportionnelle à sa concentration? C. Enoncé de la loi de Beer- Lambert L absorbance A d une espèce chimique colorée, en solution diluée, est proportionnelle à sa concentration. L absorbance dépend de l épaisseur de la solution traversée par la lumière. L absorbance dépend de la nature de l espèce chimique. A = ε.l.c

3 où : A est l absorbance de l espèce chimique colorée dans le solvant choisi pour la longueur d onde considérée. Cette grandeur n a pas d unité. c est la concentration molaire de l espèce chimique colorée exprimée en mol.l - 1. l est l épaisseur de solution traversée par le faisceau de lumière ; l s exprime en cm. ε est le coefficient d extinction molaire dans les conditions de l expérience (solvant, température et longueur d onde). Il s exprime en L.cm - 1.mol - 1. D. Spectrophotomètrie a. Spectrophotomètre ou colorimètre Appareil de mesure de l'absorbance permettant de connaître la concentration d une solution colorée. C'est une méthode de dosage non destructive. b. Mode opératoire recherche d'un maximum d'absorption permettant d'obtenir un maximum de précision sur les mesures. courbe d'étalonnage : constitution d'une échelle de teinte à partir de solutions de concentration connue Remarque : pour être certain de ne mesurer que l'absorbance due à la solution, on effectue un réglage du zéro avec une cuve de référence contenant tout sauf l'espèce étudiée. Cette solution est appelée un blanc. b. Mesure La courbe d'étalonnage permet de connaître la concentration de la solution à titrer (inconnue)

4 Activité 2 : tâche complexe autour du Lugol* Aider un pharmacien Compétences travaillées : Proposer une démarche de résolution, un protocole (12) Raisonner sur des situations complexes (30) Un pharmacien trouve un flacon contenant une solution de Lugol* au fond d un placard. L étiquette étant illisible, il souhaite retrouver la concentration de la solution de Lugol. Il s agit d aider le pharmacien dans sa démarche, en utilisant le matériel mis à votre disposition et en vous aidant des documents suivants : Données Le Lugol est un antiseptique à base de diiode, la solution commerciale est concentrée. Document : spectre d absorption d une solution aqueuse diiode. Matériel : A votre paillasse : Deux burettes graduées Des tubes à essais avec bouchons + portoir Une pissette d eau distillée Béchers, pipette jaugée de 10 ml et propipette Au bureau professeur : Une solution de diiode ( S 0 ) de concentration C 0 = 1, mol.l - 1. Une solution (S 1 ) de Lugol pharmaceutique diluée 100 fois un spectrophotomètre Coups de pouce : Comment mesurer une concentration inconnue par spectrophotométrie? Peut- on étudier par spectrophotométrie une solution concentrée? Donner l échelle de teinte à préparer.

5 Protocole 1. Obtention d une échelle de teintes On prépare une échelle de teinte par dilution à partir d une solution mère S 0 de diiode de concentration C 0 = 1, mol.l - 1. (cf. tableau ci- dessous) Mode opératoire. Introduire dans des tubes à essais identiques (numérotés de 1 à 9), un volume V i de la solution So de diiode (cf tableau ci- dessous). Compléter à 10 ml avec de l eau distillée Boucher et bien agiter. N du tube Volume V i de solution So à introduire (ml) Volume d eau à ajouter (ml) Volume total (ml) 1 1,0 9,0 10,0 2 2,0 8,0 10,0 3 3,0 7,0 10,0 4 4,0 6,0 10,0 5 5,0 5,0 10,0 6 6,0 4,0 10,0 7 7,0 3,0 10,0 8 8,0 2,0 10,0 9 10,0 0 10,0 Concentration C i de la solution diluée de diiode (mmol.l - 1 ) 2. Utilisation du colorimètre a) réglage du colorimètre : Le filtre 470 nm est placé dans son compartiment. Remplir la cuve (ou tube) du spectrophotomètre d eau distillée puis la placer dans son compartiment. Il faut la tenir avec les faces rugueuses et placer les faces lisses en face du faisceau lumineux ; une flèche l indique. Placer le cache sur le filtre. Relier les bornes COM et V du voltmètre au spectrophotomètre placé sur %T (petit bouton sur le côté).régler avec les boutons ronds au- dessus du boîtier pour lire 1 V comme tension de sortie. Le bouton rond supérieur permet un réglage grossier, le bouton rond inférieur permet un réglage fin. Placer ensuite le bouton latéral sur Abs. Le voltmètre (calibre 2V) donne alors les valeurs de l absorbance. ATTENTION : Utiliser toujours la même cuve pour toutes les mesures. Pour une solution de référence (ou "blanc") fixer A = 0 (bouton poussoir rouge «zéro»).

6 Mesurer l absorbance de chacune des solutions réalisées. tube C i ( mol.l - 1 ) A 3. Application à la solution de Lugol A l aide d une pipette jaugée, prélever 10 ml de solution diluée de Lugol dans un tube à essai (numéro 10) (identique aux précédents). Mesurer l absorbance de la solution de Lugol : A =