Analyse d'un système chimique par méthodes physiques en Terminale
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de analyse d'un système chimique par méthodes physiques pour les élèves de Terminale. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Absorbance et loi de Beer-Lambert
- Spectrophotométrie UV-visible et infrarouge
- Conductance, conductivité et loi de Kohlrausch
- Dosage par étalonnage et courbe d'étalonnage
Absorbance et loi de Beer-Lambert
L'absorbance mesure la quantité de lumière absorbée par une solution colorée. La loi de Beer-Lambert relie l'absorbance à la concentration de la substance : plus la solution est concentrée, plus elle absorbe de lumière.
Exemple
Un verre de jus d'orange dilué laisse passer plus de lumière qu'un verre de jus concentré. C'est le même principe : plus il y a de matière colorée, plus l'absorption augmente.
À retenir : $A = \varepsilon \times l \times c$ où A est l'absorbance, ε le coefficient d'extinction molaire, l la longueur de la cuve et c la concentration.
Spectrophotométrie UV-visible
La spectrophotométrie UV-visible mesure l'absorbance d'une solution à différentes longueurs d'onde (ultraviolet et visible). Elle permet d'identifier et de doser les substances colorées.
Exemple
Un spectrophotomètre mesure combien de lumière rouge, bleue ou ultraviolette une solution absorbe. Les laboratoires l'utilisent pour vérifier la pureté d'un médicament ou d'une eau.
À retenir : Chaque substance absorbe à des longueurs d'onde spécifiques : c'est sa signature spectrale.
Spectrophotométrie infrarouge
La spectrophotométrie infrarouge analyse comment une substance absorbe la lumière infrarouge. Elle permet d'identifier les groupes chimiques présents (liaisons C=O, O-H, etc.).
Exemple
Un détecteur infrarouge dans une caméra thermique détecte la chaleur. En chimie, on utilise l'infrarouge pour reconnaître les molécules : une liaison C=O absorbe toujours à la même fréquence.
À retenir : L'infrarouge identifie les groupes fonctionnels d'une molécule par leurs vibrations caractéristiques.
Conductance, conductivité et loi de Kohlrausch
La conductance mesure la capacité d'une solution à conduire l'électricité. La conductivité est la conductance rapportée à la géométrie de la cellule. La loi de Kohlrausch relie la conductivité à la concentration en ions.
Exemple
L'eau pure ne conduit pas l'électricité, mais l'eau salée le fait bien. Plus on ajoute de sel, plus la conductivité augmente. C'est ce qu'on mesure pour vérifier la qualité de l'eau.
À retenir : $\sigma = \lambda \times c$ où σ est la conductivité, λ la conductivité molaire et c la concentration en ions.
Dosage par étalonnage et courbe d'étalonnage
Le dosage par étalonnage consiste à préparer des solutions de concentrations connues (étalons), mesurer leur absorbance ou conductivité, puis tracer une courbe. On utilise cette courbe pour déterminer la concentration d'une solution inconnue.
Exemple
Pour vérifier la concentration de sucre dans un jus de fruit, on prépare des jus de référence avec des concentrations connues, on mesure leur couleur, puis on compare le jus inconnu à la courbe obtenue.
À retenir : La courbe d'étalonnage doit être linéaire et passer par l'origine pour être fiable.
Les points clés
- La loi de Beer-Lambert $A = \varepsilon \times l \times c$ est linéaire : l'absorbance est proportionnelle à la concentration
- La spectrophotométrie UV-visible mesure l'absorbance à différentes longueurs d'onde pour identifier et doser les substances
- La spectrophotométrie infrarouge identifie les groupes fonctionnels par leurs vibrations caractéristiques
- La conductivité d'une solution dépend de la concentration en ions : $\sigma = \lambda \times c$
- La courbe d'étalonnage doit être linéaire et passer par l'origine pour être valide
- Le dosage par étalonnage permet de déterminer une concentration inconnue en comparant à des solutions de référence
L'essentiel
Les méthodes physiques (absorbance, conductivité) permettent de doser une substance en établissant une relation linéaire entre la grandeur mesurée et la concentration, validée par une courbe d'étalonnage.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
On prépare une série de solutions étalons de permanganate de potassium (KMnO4) de concentrations 0,1 ; 0,2 ; 0,3 ; 0,4 et 0,5 mol/L. On mesure leur absorbance à 525 nm et on obtient : 0,10 ; 0,20 ; 0,30 ; 0,40 et 0,50. Une solution inconnue a une absorbance de 0,35. Quelle est sa concentration ?
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
On mesure la conductivité d'une solution de chlorure de sodium (NaCl) à différentes concentrations : 0,01 mol/L donne σ = 1,06 mS/cm ; 0,05 mol/L donne σ = 5,30 mS/cm ; 0,10 mol/L donne σ = 10,6 mS/cm. Calculez la conductivité molaire λ du NaCl et déterminez la concentration d'une solution inconnue ayant σ = 7,42 mS/cm.
Corrige cet exercice avec le tuteur →