Cours interactif — spectrophotométrie, conductimétrie, étalonnage — Terminale spécialité
La spectrophotométrie mesure l'absorption de la lumière par une solution colorée pour en déduire sa concentration, sans modifier l'échantillon.
Pour obtenir la meilleure précision, on choisit la longueur d’onde correspondant au maximum d’absorption de l’espèce étudiée.
Plus l’absorbance est élevée, plus la mesure est sensible.
★ Compétence classique du bac.
A : absorbance · ε : coefficient d'extinction molaire (L·mol⁻¹·cm⁻¹) · l : longueur cuve (cm) · c : concentration (mol/L)
La conductance G dépend de la concentration en ions. Plus la solution est concentrée en ions, plus elle conduit le courant.
La conductivité σ d’une solution dépend :
• de la concentration des ions ;
• de leur charge électrique ;
• de leur mobilité dans le solvant.
Une solution contenant beaucoup d’ions mobiles présente une conductivité élevée.
Chaque ion contribue à la conductivité proportionnellement à sa concentration et à sa conductivité molaire ionique λ (en S·cm²·mol⁻¹), qui traduit sa mobilité dans l'eau. Les ions H₃O⁺ et OH⁻ se déplacent par un mécanisme de relais entre molécules d'eau (beaucoup plus rapide qu'un déplacement classique), d'où des valeurs de λ nettement plus grandes que les autres ions.
| Ion | λ (S·cm²·mol⁻¹) |
|---|---|
| H₃O⁺ | 350 |
| OH⁻ | 199 |
| Na⁺ | 50 |
| Cl⁻ | 76 |
| K⁺ | 74 |
C'est cet écart de mobilité qui explique, par exemple, pourquoi remplacer des ions H₃O⁺ par des ions Na⁺ de même concentration fait chuter la conductance — voir le quiz.
La spectroscopie infrarouge mesure l'absorption du rayonnement infrarouge par les liaisons chimiques d'une molécule. Chaque liaison (ou groupe caractéristique) absorbe autour de valeurs bien précises, ce qui permet d'identifier sa présence dans une molécule inconnue, sans la détruire.
Un spectre IR représente la transmittance T (%) en fonction du nombre d'onde \(\tilde\nu = \dfrac{1}{\lambda}\), exprimé en cm⁻¹ (λ étant la longueur d'onde en cm), et placé en abscisses décroissantes par convention (grand nombre d'onde à gauche).
Une bande d'absorption apparaît comme un creux (minimum de transmittance) : plus la liaison absorbe fortement à ce nombre d'onde, plus le creux est profond.
| Liaison | Nombre d'onde (cm⁻¹) | Intensité / allure |
|---|---|---|
| O−H (alcool libre) | 3580 – 3650 | fine, moyenne |
| O−H (alcool lié) | 3200 – 3400 | large, forte |
| O−H (acide carboxylique) | 2500 – 3200 | très large, forte |
| N−H (amine) | 3100 – 3500 | moyenne |
| C−H | 2800 – 3100 | forte |
| C=O (aldéhyde, cétone, acide, ester) | 1650 – 1740 | fine, forte |
| C=C | 1625 – 1685 | faible à moyenne |
| C−O | 1050 – 1450 | forte |
Spectres schématiques, construits à partir de la table ci-dessus (à but pédagogique — pas des spectres expérimentaux réels).
L'oxydation ménagée d'un alcool primaire R−CH₂OH conduit à l'acide carboxylique R−COOH. Les deux spectres IR se distinguent nettement :
Bande O−H fine à moyenne vers 3200–3400 cm⁻¹.
Aucune bande C=O.
Bande O−H très large 2500–3200 cm⁻¹.
Apparition d'une bande C=O fine et intense vers 1700–1740 cm⁻¹.
C'est l'apparition de la bande C=O (absente chez l'alcool) qui signe, sans ambiguïté, la formation d'un groupe carbonyle lors de l'oxydation.
10 exercices dédiés à ce chapitre (Beer-Lambert, conductimétrie, Kohlrausch, spectroscopie IR, + 1 exercice de synthèse difficile), avec corrections détaillées.
Voir les 10 exercices →Un TP façon ECE : dose une solution par spectrophotométrie en exploitant une droite d'étalonnage avec Python directement dans le navigateur, puis exploite des spectres IR pour suivre l'avancement d'une oxydation. Mobilise aussi les acquis du chapitre 1 (acide/base).
Faire le TP →1. La loi de Beer-Lambert A = ε × l × c permet de…
2. Pour un dosage conductimétrique HCl + NaOH, pourquoi la conductance G diminue-t-elle avant l'équivalence ?
3. Quelle est l’unité du coefficient d’extinction molaire ε dans Beer-Lambert ?
4. Une solution a une absorbance A = 0,6 pour l = 1 cm et ε = 1200 L·mol⁻¹·cm⁻¹. Quelle est sa concentration ?
Indice : c = A / (ε × l)
5. Qu’est-ce que la transmittance T ?
6. Quelle couleur absorbe préférentiellement une solution bleue ?
7. Bac 2024 Pour doser des ions fer Fe³⁺ par spectrophotométrie, on prépare une gamme étalon. Pourquoi doit-on utiliser la même longueur d’onde pour toutes les mesures ?
8. Bac 2024 Une courbe d’étalonnage donne A = 850 c (avec c en mol·L⁻¹). Un échantillon présente A = 0,34. Quelle est sa concentration ?
Coche honnêtement chaque compétence. Les cases cochées sont sauvegardées localement.