⚗ Spécialité Physique-Chimie · Chimie Première Générale · Chapitre 4

Dosage par étalonnage

Couleur d'une solution, absorbance et spectrophotométrie, loi de Beer-Lambert, conductimétrie, courbe d'étalonnage et dosage.

1. Couleur et absorbance

Propriété · Couleur d'une solution

Une solution colorée absorbe certaines radiations du visible ; sa couleur perçue est la couleur complémentaire de celle absorbée. Une solution qui absorbe le rouge-orangé paraît bleue.

Définition · Absorbance

Un spectrophotomètre mesure l'absorbance $A$ d'une solution (sans unité) pour une longueur d'onde donnée. On travaille à la longueur d'onde $\lambda_\text{max}$ où l'absorbance est maximale.

0? (nm)A400500600700?max ? 640 nm
Spectre d'absorption du bleu patenté (colorant E131) : il absorbe surtout vers 640 nm (orangé-rouge), il paraît bleu.

2. La loi de Beer-Lambert

Propriété

Pour une longueur d'onde fixée et des solutions diluées, l'absorbance est proportionnelle à la concentration de l'espèce colorée :

$$A = k \times c.$$

Méthode · Dosage par étalonnage

  1. Préparer des solutions étalons de concentrations connues (par dilution).
  2. Mesurer leur absorbance à $\lambda_\text{max}$ et tracer la courbe d'étalonnage $A = f(c)$ : une droite passant par l'origine.
  3. Mesurer l'absorbance de la solution inconnue et lire (ou calculer) sa concentration.

Expérience · Doser le colorant d'un sirop de menthe

Matérielspectrophotomètre réglé à $640$ nm, cuves, solution mère de bleu patenté, fioles et pipettes jaugées, sirop dilué $10$ fois.
ProtocoleOn prépare $5$ solutions étalons de $1$ à $5\ \mu$mol/L, on mesure leurs absorbances, puis celle du sirop dilué.
123450,20,40,60,811,20c (µmol/L)AA = 0,61
Courbe d'étalonnage : une droite passant par l'origine (A = 0,21 × c).
ObservationLes points sont alignés sur une droite passant par l'origine, de coefficient directeur $k = 0{,}21$ L/µmol. Le sirop dilué a une absorbance $A = 0{,}61$.
Interprétation$c = \dfrac{0{,}61}{0{,}21} \approx 2{,}9$ µmol/L pour le sirop dilué, soit $29$ µmol/L dans le sirop (dilution par $10$).

3. Dosage par conductimétrie

Propriété

Une solution ionique conduit le courant. Sa conductivité $\sigma$ (en S/m), mesurée au conductimètre, est proportionnelle à la concentration pour une solution diluée d'un soluté ionique : $\sigma = k' \times c$ (loi de Kohlrausch). On dose de la même façon, avec une courbe d'étalonnage $\sigma = f(c)$.

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Exercices corrigés

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1

Couleur complémentaire

★☆☆

Une solution absorbe principalement dans le violet. Quelle est sa couleur ?

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2

Utiliser la loi

★★☆

Une solution étalon à $2{,}0 \times 10^{-3}$ mol/L a une absorbance de $0{,}50$. Une solution inconnue a une absorbance de $0{,}35$. Calculer sa concentration.

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3

Solution trop concentrée

★★★

La solution inconnue a une absorbance de $2{,}1$, au-delà du plus fort étalon ($A = 1{,}2$). Que faire ?

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4

Couleur perçue

★☆☆

Une solution de permanganate absorbe surtout vers $530$ nm (vert). Quelle est sa couleur ?

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5

Choix de la longueur d'onde

★☆☆

Pourquoi réglé-t-on le spectrophotomètre à $\lambda_\text{max}$ ?

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6

Beer-Lambert

★☆☆

$A = k \times c$ avec $k = 150$ L/mol. Calculer $A$ pour $c = 2{,}0 \times 10^{-3}$ mol/L, puis $c$ pour $A = 0{,}45$.

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7

Lire une courbe d'étalonnage

★☆☆

Avec la courbe du cours, quelle concentration correspond à $A = 0{,}84$ ?

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8

Préparer les étalons

★★☆

À partir d'une solution mère à $10{,}0$ µmol/L, comment préparer $50{,}0$ mL d'étalon à $2{,}0$ µmol/L ?

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9

Déterminer k

★★☆

Une solution à $4{,}0 \times 10^{-4}$ mol/L a une absorbance de $0{,}72$. Calculer $k$.

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10

Masse de colorant

★★★

Un sirop de $0{,}75$ L contient du bleu patenté à $29$ µmol/L ($M = 1\,160$ g/mol). Quelle masse de colorant contient la bouteille ?

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11

Domaine de validité

★★☆

Pourquoi la loi de Beer-Lambert n'est-elle pas utilisable pour une solution très concentrée ?

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12

Conductimétrie

★★☆

Une solution de chlorure de sodium à $1{,}0 \times 10^{-3}$ mol/L a une conductivité de $12{,}6$ mS/m. Quelle est la concentration d'une solution de conductivité $31{,}5$ mS/m ?

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13

Sérum physiologique

★★★

On dilue $20$ fois un sérum physiologique. La courbe d'étalonnage donne $c = 7{,}7 \times 10^{-3}$ mol/L pour la solution diluée. Calculer la concentration en masse du sérum en NaCl ($M = 58{,}5$ g/mol). L'étiquette indique $9{,}0$ g/L : conclure.

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14

Couleur et spectre

★★☆

Une solution est incolore. Que peut-on dire de son spectre d'absorption dans le visible ?

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15

Blanc

★★☆

À quoi sert de « faire le blanc » avec une cuve de solvant avant les mesures ?

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16

Deux espèces

★★★

Un sirop vert contient un colorant jaune et un colorant bleu. Peut-on doser le bleu à $640$ nm sans être gêné par le jaune ?

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17

Proportionnalité

★☆☆

Si on double la concentration d'une solution colorée diluée, comment varie son absorbance ?

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18

Précision

★★☆

Pourquoi l'absorbance de la solution inconnue doit-elle se situer dans le domaine des étalons ?

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19

Tableur

★★☆

Comment obtenir le coefficient $k$ de la droite d'étalonnage avec un tableur ?

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20

Vrai ou faux

★★☆

a) L'absorbance a une unité. b) Une solution bleue absorbe le bleu. c) $A$ est proportionnelle à $c$ pour des solutions diluées.

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