L absorbance, notée A, est une grandeur sans unité liée à la proportion de lumière absorbée par une solution colorée.
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- Jean-Pierre Leclerc
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1 AE7 - Observer ANALYSE DE L EAU DE DAKIN Objectifs : 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 Capacités travaillées 13 Proposer une stratégie de résolution de problème 14 Mettre en œuvre un protocole 16 Construire un graphique 20 Effectuer des calculs littéraux ou numériques Niveau de maîtrise L'eau de Dakin est un antiseptique liquide (solution aqueuse) possédant une couleur violette caractéristique due à la présence d ions permanganate MnO4 -. L eau de Dakin doit être conservée à l abri de la lumière afin d éviter une décomposition rapide et une perte d efficacité de l antiseptique. Cette décomposition entraîne une diminution de la quantité d ions MnO4 - dans la solution. Une solution fraiche d eau de Dakin contient 0,0010g de KMnO4 pour 100mL de solution. On dispose d un flacon d eau de Dakin dont la date de péremption est effacée. Afin de vérifier son efficacité, il est nécessaire de déterminer sa concentration molaire en permanganate de potassium. Doc.1 : Absorbance d une solution colorée L absorbance, notée A, est une grandeur sans unité liée à la proportion de lumière absorbée par une solution colorée. Un spectrophotomètre est un appareil permettant de mesurer l absorbance d une solution colorée, en y plaçant une cuve contenant cette solution colorée. Il est important de noter que l absorbance d une solution colorée est mesurée pour une longueur d onde donnée et une cuve donnée. Il est obligatoire d effectuer le réglage du zéro d absorbance, sur le solvant utilisé, dès que la longueur d onde de travail est modifiée. Ainsi, pour une longueur d onde et une cuve données, l absorbance est proportionnelle à la concentration molaire C en espèce colorante : A = k.c Doc.2 : Préparer une solution de concentration donnée par dilution Fiche 9 p229 Doc.3 : Spectre d absorption d une solution de permanganate de potassium Doc.4 : Vos souvenirs de jeunesse Mais comment en seconde effectue-t-on un dosage par comparaison d une solution inconnue à l aide de sa couleur? Doc.5 : Masses molaires I. λmax I. Longueur d onde de travail M(K) = 39 g.mol -1 ; M(Mn) = 55 g.mol -1 M(O) = 16 g.mol -1 Comment pourriez-vous faire pour déterminer la concentration molaire de la solution de Dakin posée sur le bureau du professeur à l aide du matériel disposé sur votre paillasse?
2 Le document 3 présente un graphe représentant l absorbance d une solution de permanganate de potassium en fonction de la longueur d onde. 1. A l aide de ce graphe, expliquer ainsi la couleur de la solution de permanganate de potassium. 2. Afin d obtenir le maximum de précision lors des mesures d absorbance, utiliser la solution inconnue dans une cuve pour spectrophotomètre afin de déterminer le maximum d absorbance de cette solution (vous penserez à faire le zéro avant toute mesure d absorbance). Couleur Rouge Orange Jaune Vert Bleu Indigo Violet λ max (nm) 800 à à à à à à à 400 II. Dilution 1. Nous possédons une solution de Permanganate de Potassium à 5,0x10-4 mol.l -1. A l aide des différents documents, et de vos souvenirs, compléter le tableau suivant. Vous détaillerez les calculs sur votre compterendu. molaire de la solution fille à préparer Volume Vf de solution fille (ml) Volume Vm de la solution mère à prélever (ml) 2. Rédigez le protocole de la dilution puis le réaliser III. molaire en KMnO4 de l eau de Dakin 1. Après avoir réglé le spectrophotomètre (longueur d onde de travail, zéro d absorbance), remplir le tableau suivant : molaire Absorbance A 2. Tracez la courbe d étalonnage de l absorbance en fonction de la concentration molaire de la solution, soit A=f(C) 3. La loi donnée dans le document 1 est-elle vérifiée? 4. D après l absorbance de la solution inconnue, en déduire la concentration molaire de la solution de Dakin 5. La solution de Dakin est-elle fraîche? CORRECTION
3 Longueur d onde de travail 1. A l aide du graphique document 3 on observe que la solution à un maximum d absorption pour λmax = 530nm. C est-à-dire un maximum d absorption dans le vert. Ainsi, si une espèce chimique absorbe à une certaine longueur d onde, correspondant à une couleur précise, alors elle possède la couleur complémentaire à sa couleur d absorption maximale. Couleur Rouge Orange Jaune Vert Bleu Indigo Violet λ max (nm) 800 à à à à à à à 400 Dilution 1. Nous possédons une solution de Permanganate de Potassium à 5,0x10-4 mol.l -1. A l aide des différents documents, et de vos souvenirs, compléter le tableau suivant. Vous détaillerez les calculs sur votre compterendu. On a : = ce qui correspond aussi à : è = On cherche le volume à prélevé, sachant que l on nous donne C m, C f et V f. Pour la solution 1 on obtient : = = 2, = 5 molaire de la solution fille à préparer Volume Vf de solution fille (ml) Volume Vm de la solution mère à prélever (ml) Rédigez le protocole de la dilution puis le réaliser Protocole : Succession d actions, un tiret = une action, penser à préciser les volumes du matériel utilisé, des volumes prélevés, des masses pesées, etc - Prélever à l aide d une pipette jaugée de 5mL, préalablement nettoyée, du permanganate de potassium - Verser le contenu de la pipette dans une fiole jaugée de 100mL - Rajouter de l eau distillée au ¾ - Boucher, Homogénéiser - Remplir d eau distillée jusqu au trait de jauge - Boucher, Homogénéiser
4 molaire en KMnO4 de l eau de Dakin 1. Après avoir réglé le spectrophotomètre (longueur d onde de travail, zéro d absorbance), remplir le tableau suivant : molaire Absorbance A 0,059 0,081 0,099 0,137 0,166 0,185 0,221 0, Tracez la courbe d étalonnage de l absorbance en fonction de la concentration molaire de la solution, soit A=f(C) 0,3 Absorbance en fonction de la concentration y = 2163,1x 0,25 0,2 0,15 0,123 0,1 0,05 0 0,00E+00 2,00E-05 4,00E-05 6,00E-05 8,00E-05 1,00E-04 1,20E La loi donnée dans le document 1 est-elle vérifiée? 5,7 x 10-5 Loi dans le document 1 : A = k x C. Cela signifie que l absorbance A est proportionnelle à la concentration molaire C, avec k coefficient de proportionnalité Le graphique de A en fonction de C nous permet d obtenir une droite linéaire passant par l origine, on en déduit donc que A est proportionnel à C. Donc la loi de Beer-Lambert A= k x C est vérifiée 4. D après l absorbance de la solution inconnue, en déduire la concentration molaire de la solution de Dakin Absorbance de la solution inconnue : 0,123. A l aide de la courbe d étalonnage tracée plus tôt, on peut en déduire la concentration de la solution inconnue grâce à son absorbance (0,123) On obtient Cinconnue = 5,7 x 10-5 mol/l
5 5. La solution de Dakin est-elle fraîche? La concentration massique Cm et la concentration molaire C d'une solution sont reliée par la formule : Cm = CxM avec M la masse molaire du permanganate de potassium. D'après l'étiquette Il y a 0,0010 g pour 100 ml soit Cm = 0,0010/0,100 = 1, g.l -1 Donc C = C m/m = 1, /158 = 6, mol.l -1. La concentration en permanganate de potassium d'une bouteille neuve de Dakin est de 6, mol.l -1. Notre solution inconnue à une concentration de 5,7x10-5, soit une différence de 9,5%. Notre solution inconnue n est pas une solution de Dakin totalement fraîche.
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