Méthodes physiques d'analyse d'un système chimique
Résumé de cours
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Ce résumé condense l’exigible du chapitre. L’idée directrice : relier une grandeur physique mesurée à une concentration ou à une quantité de matière — à chaque grandeur sa loi, et chaque loi a son domaine de validité.
pH-métrie
Le pH donne directement la concentration en ions oxonium :
pH et concentration
c° = 1 mol·L⁻¹. Le pH est sans unité, [H₃O⁺] en mol·L⁻¹.
Spectrophotométrie : la loi de Beer-Lambert
Une espèce colorée absorbe une partie de la lumière qui la traverse. L’absorbance (sans unité) est proportionnelle à la concentration :
Loi de Beer-Lambert
ε en L·mol⁻¹·cm⁻¹ (dépend de l’espèce et de la longueur d’onde), l largeur de cuve en cm, c en mol·L⁻¹. Validité : solution diluée, espèce colorée.
En pratique on trace une courbe d’étalonnage : on mesure pour des solutions de concentrations connues, on vérifie que les points s’alignent, puis on lit la concentration inconnue sur la droite.
L’absorbance n’a pas d’unité
Ce sont et qui portent les unités. Et on se place au maximum d’absorption λmax de l’espèce pour une mesure sensible.
Conductimétrie : la loi de Kohlrausch
Une solution ionique conduit le courant. Sa conductivité est la somme des contributions de tous les ions présents :
Loi de Kohlrausch
σ en S·m⁻¹, λᵢ (conductivité ionique molaire) en S·m²·mol⁻¹, et [Xᵢ] en mol·m⁻³. Validité : solution diluée.
Le piège d’unités le plus fréquent du chapitre
Dans la loi de Kohlrausch, les concentrations sont en mol·m⁻³ : une concentration en mol·L⁻¹ doit être multipliée par 1000 avant d’entrer dans la formule.
Gaz parfait
Pour une espèce gazeuse, la quantité de matière se déduit de l’équation d’état :
Équation d’état du gaz parfait
Tout en unités SI : p en Pa, V en m³, n en mol, T en kelvin (K), R = 8,314 J·K⁻¹·mol⁻¹. Validité : gaz aux pressions modérées.
Solutions commerciales et spectres
- Titre massique et densité : une étiquette donne le pourcentage en masse de soluté et la densité (sans unité, rapport à l’eau). On en déduit la masse de soluté dans un volume donné, puis la concentration — la démarche est guidée par l’énoncé.
- Spectre UV-visible : la position du maximum d’absorption permet d’identifier une espèce à l’aide de données tabulées.
- Spectre infrarouge (IR) : les bandes d’absorption permettent d’identifier un groupe caractéristique (O−H, C=O, N−H…) par comparaison avec une table.
Ce que le correcteur attend
À chaque grandeur mesurable sa loi : pH, Beer-Lambert, Kohlrausch, gaz parfait. Citer la loi, vérifier son domaine de validité, surveiller les unités. Attention : le σ d’un spectre IR est un nombre d’onde (cm⁻¹), rien à voir avec la conductivité.