TP4 : Etude de solutions colorées

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1 TP4 : Etude de solutions colorées Objectifs Comprendre le principe de la spectrophotométrie Comprendre le problème posé par les peintures photodégradables On dispose d une solution magenta de permanganate de potassium. I Couleur de la solution Effectuons un bref commentaire sur cette solution avec ce que nous savons des TP précédents. Questions 1. Quelle couleur est perçue si cette solution est éclairée en lumière verte? 2. Quelles sont les radiations lumineuses absorbées et transmises par la solution? II Radiation et longueur d onde Observer avec le logiciel Chroma le spectre de la lumière blanche : spectre de lumière spectre. Longueur d onde La grandeur appelée longueur d onde (notée λ en physique) est indiquée sur le spectre. Son unité officielle est le nanomètre (nm). A chaque radiation lumineuse (couleur) est associée une longueur d onde. Classe de Seconde Générale 1 Thème 1 : Sciences et Arts

2 Questions 1. Quelle unité est associée à la longueur d onde? Convertir cette unité en mètre. 2. Une radiation est caractérisée par la longueur d onde λ=425 nm et une autre par λ=580 nm. Quelle sont les couleurs de ces radiations lumineuses? 3. Comment évolue la longueur d onde quand la couleur va du violet au rouge? Remarque A chaque couleur du spectre est associé un domaine de longueurs d onde ; exemple de la couleur bleue de la lumière concerne des radiations de longueur d onde comprises entre 420 et 490 nm. λ (nm) couleur violet bleu vert jaune orange rouge Table 1 Correspondance entre la longueur d onde d une radiation et sa couleur III La technique de spectrophotométrie Ouvrir le dossier Hatier/TS/Chimie/Simulateurs/Spectrophotomètre. Classe de Seconde Générale 2 Thème 1 : Sciences et Arts

3 Simulation 1. Une solution de permanganate de potassium est placée sur le chemin d un faisceau lumineux dont la longueur d onde peut varier. On peut alors étudier le comportement de la solution vis-à-vis du faisceau qui la traverse en fonction de la longueur d onde. Cliquer sur Tracer (en haut à droite de la fenêtre avec le graphique) pour obtenir ce comportement de la solution en fonction de la longueur d onde. 2. La courbe obtenue est ce qu on appelle la courbe d absorption de la solution ou spectre d absorption de la solution. Quelles sont les grandeurs qui sont représentées en abscisse et en ordonnée sur ce graphique? 3. Donner les coordonnées des maxima et leurs absorptions correspondantes sur le spectre de la solution. 4. Conserver la courbe tracée et cliquer sur Solution. Choisir comme nouvelle solution à étudier la solution de phénolphtaléine à un ph de 8,2. Tracer la courbe en cliquant sur Tracer. 5. Comparer les courbes obtenues (points communs et différences). 6. Lire le cadre ci-dessous. Quelles sont les longueurs d ondes les plus absorbées par la solution de permanganate de potassium? 7. En déduire la couleur de la solution de permanganate de potassium. 8. Pouvez-vous donner la couleur d une solution de phénolphtaléine à ph=8,2 en comparant le spectre de cette solution avec celui de la solution de permanganate de potassium? Classe de Seconde Générale 3 Thème 1 : Sciences et Arts

4 A savoir La grandeur représentée en ordonnée s appelle l absorbance A. C est une grandeur sans unité qui caractérise la quantité de lumière absorbée par la solution à une longueur d onde donnée. Plus A est grand et plus la quantité de lumière absorbée pour une certaine longueur d onde est grande. IV Retour sur la solution de permanganate de potassium Expérience 1. En vous aidant de la notice, mesurer l absorbance de la solution de permanganate de potassium aux différentes longueurs d ondes disponibles sur le colorimètre. 2. Relever les valeurs d absorbance des solutions en fonction de la longueur d onde et de la couleur des filtres qui sélectionnent la longueur d onde. Présenter les résultats sous la forme d un tableau. Classe de Seconde Générale 4 Thème 1 : Sciences et Arts

5 Exploitation des mesures 1. Tracer le graphique A en fonction de λ sur une demi-feuille de papier millimétré. Quel est l inconvénient du colorimètre? 2. On appelle λ max la longueur d onde du maximum d absorption. Déterminer approximativement λ max pour la solution étudiée. 3. A quelle couleur correspond le maximum de la longueur d onde d absorption. Est-ce en accord avec les observations I.? Commenter Rappel et complément Une solution est vue de la couleur complémentaire à la couleur absorbée. Les chimistes et les physiciens utilisent souvent le diagramme suivant pour déterminer quelle sont les longueurs d ondes absorbées par rapport à la couleur perçue. Son fonctionnement est le suivant : tracer un trait passant par le centre du cercle et par la couleur perçue. On trouve alors à l autre extrémité du trait sur le cercle la couleur qui est absorbée par la solution. Classe de Seconde Générale 5 Thème 1 : Sciences et Arts

6 V Etude d une solution d éosine L éosine a été utilisée il y a plus d un siècle par les peintres fauvistes et impressionnistes, notamment pour rehausser la couleur rouge dans certaines laques. A cette époque, les peintres ne savaient pas que cette espèce chimique était photodégradable. V.1 Etude spectrophotométrique de la solution d éosine Expérience En réalisant une étude similaire à l étude de la solution de permanganate de potassium précédente : Tracer la courbe d absorbance de l éosine en utilisant le colorimètre Trouver la longueur d onde du maximum d absorption Retrouver la correspondance entre longueur d onde absorbée et couleur perçue de la solution V.2 Eosine et peinture Dans le tableau intitulé "l église d Auvers-sur-Oise" (1890), le peintre hollandais Van Gogh a utilisé une laque d éosine pour colorer les fleurs en rose. Question Observe-t-on cette couleur sur le tableau? Dans le tableau " le portrait du docteur Gachet", les fleurs de digitaline étaient à l origine de couleur pourpre. Classe de Seconde Générale 6 Thème 1 : Sciences et Arts

7 Questions 1. Comment a évolué cette couleur? 2. Après avoir défini le terme photodégradable, proposer une interprétation aux observations précédentes. 3. Proposer un protocole qui permettrait de mettre en évidence le caractère photodégradable d une molécule. Classe de Seconde Générale 7 Thème 1 : Sciences et Arts

8 Fiche du professeur Matériel nécessaire Matériel nécessaire pour chaque binôme : colorimètre + tubes à essai + support pour les tubes ordinateur muni des logiciels suivants : Chroma Spectrophotomètre de Hatier solution de permanganate de potassium M papier millimétré solution alcoolique d éosine M Classe de Seconde Générale 8 Thème 1 : Sciences et Arts

9 Grille d évaluation des compétences Observable Compétence Résultat Couleur de la solution sous éclairage vert Radiations absorbées et transmises Unité de la longueur d onde APP1 Convertir en mètre la longueur d onde SAV2 Couleurs des radiations lumineuses APP1 ( 2) Evolution de λ du violet au rouge Grandeurs du spectre d absorption APP1 ( 2) Coordonnées des maxima du spectre APP2 Comparaison du spectre de KMnO 4 et de la φφ APP2 Longueurs d ondes les plus absorbées par KMnO 4 APP1 Couleur de la solution de KMnO 4 Couleur de la solution de φφ Savoir utiliser le colorimètre REA2 Courbe d absorbance de KMnO 4 REA7 Inconvénient du colorimètre ANA1 Détermination de λ max REA5 Couleur correspondant à λ max Accord avec les observations du I. VAL2 Courbe d absorbance de l éosine REA7 Détermination de λ max REA5 Couleur correspondant à λ max Couleur de la solution d éosine VAL2 Couleur de la laque d éosine sur tableau Van Gogh APP1 Evolution de la couleur de l éosine APP1 Définition du terme photodégradable APP1 Interprétation de l évolution de la couleur de l éosine ANA1 Protocole pour étudier la photodégradabilité ANA3 Classe de Seconde Générale 9 Thème 1 : Sciences et Arts