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Comment déterminer la concentration d’une solution

colorée ?

Les auteurs : Najat Akouz, Toufiq Akouz – Lycée JB Dumas à Alès – et Fabienne Pol – Lycée Peytavin à Mende.

Comment déterminer la concentration d’une solution colorée ?

Prérequis

Contenus Compétences attendues

Couleur des objets. Synthèse additive, synthèse soustractive. Absorption, diffusion, transmission.

Interpréter la couleur observée d’un objet éclairé à partir de celle de la lumière incidente ainsi que des phénomènes d’absorption, de diffusion et de transmission. Utiliser les notions de couleur blanche et de couleurs complémentaires. Prévoir le résultat de la superposition de lumières colorées et l’effet d’un ou plusieurs filtres colorés sur une lumière incidente. Pratiquer une démarche expérimentale permettant d’illustrer et comprendre les notions de couleurs des objets. Distinguer couleur perçue et couleur spectrale.

Objectifs de la séquence

Contenus Compétences attendues

•Dosage de solutions colorées par étalonnage.

•Loi de Beer-Lambert.

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 .

Situation déclenchante 1Ces quatre solutions ont-elles la même concentration ?

Ces 4 solutions aqueuses ont le même volume : 100 mL

Oui, pourquoi ?

Non, pourquoi ?

Verdict

[I2] = 0,01

mol.L-1

[MnO4-] =

0,01 mol.L-1

[Cu2+] = 1,0 mol.L-

1

[Cu2+] = 0,01

mol.L-1

Bilan d’étapeChaque espèce chimique colorée absorbe la

lumière dans un domaine de longueur d’onde donné.Ajouter les spectres A = f(l) ; (à distribuer ou à simuler).

Choix de la bonne longueur d’onde pour réaliser les mesures d’absorbance.

Pour une même espèce colorée en solution :La solution absorbe plus de lumière au fond de la

fiole jaugée, qu’au niveau du col car l’épaisseur de solution traversée par la lumière y est plus importante.

Solution aqueuse de permanganate de potassium

I

(l max)

I 0

(l max)

Mesures d’absorbance à l’aide d’un spectrophotomètre.

Solution aqueuse de permanganate de potassium

Echelle de teintesPhoto de solutions de diiode de

concentrations différentes, comprises entre 10-4 et 10-3 mol.L-1. (tubes à essai)

Solution aqueuse de diiode

I

(l max)

I 0

(l max)

Résultats des mesures

[I2] mmol/L A0 0

0,1 0,0410,2 0,060,3 0,1280,4 0,170,5 0,1870,6 0,230,7 0,3050,8 0,326

Tracé de la courbe d’étalonnage

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.90

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

f(x) = 0.406029411764706 xR² = 0.995793038224365

Courbe d'étalonnage

concentration de diiode( mmol/L)

Abs

orba

nce

Enoncé de la loi de Beer-LambertIl y a proportionnalité entre l’absorbance et

la concentration d’une solution colorée.L’absorbance dépend de l’épaisseur de la

solution traversée par la lumière.L’absorbance dépend de la nature de l’espèce

chimique.

A = e.l.c

Grandeurs et unités A = e.l.c A : absorbance de l’espèce chimique colorée

dans le solvant choisi pour la longueur d’onde considérée. Cette grandeur n’a pas d’unité.

c : concentration molaire de l’espèce chimique colorée exprimée en mol.L-1.

l : épaisseur de solution traversée par le faisceau de lumière ; l s’exprime en cm.

e : coefficient d’extinction molaire dans les conditions de l’expérience (solvant, température et longueur d’onde). Il s’exprime en L.cm-1 .mol-1.

Situation déclenchante 2Le pharmacien trouve un flacon contenant une

solution de lugol* au fond d’un placard. L’étiquette étant illisible, il souhaite retrouver la concentration de la solution de lugol.

Pouvez-vous l’aider dans sa démarche ?

* Antiseptique à base de diiode

Mesure de l’absorbance

On s’aperçoit que la solution est trop concentrée : le spectrophotomètre sature.

(Limites de la loi de Beer-Lambert)

Réalisation de la dilution

On dilue 100 fois la solution de lugol, de manière à ce qu’elle soit incluse dans l’échelle de teintes.

On mesure l’absorbance et on en déduit la concentration de la solution diluée et de la solution de lugol à partir de la courbe d’étalonnage.