Tp-cours n°3 de chimie ( ts) : Suivi temporel d’une transformation chimique par spectrophotométrie








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date de publication08.11.2016
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TP-cours n°3 de chimie ( TS) : Suivi temporel d’une transformation chimique par spectrophotométrie.


Objectifs : - Aborder la technique de spectrophotométrie.


  • Connaître et savoir utiliser la relation entre l’absorbance A et la concentration c d’une espèce colorée.

  • Réaliser le suivi spectrophotométrique d’une transformation chimique.



Données : - Les ions permanganates MnO4- sont violet en solution aqueuse.


- Les espèces chimiques H2SO4, H2C2O4, CO2, Mn2+ sont incolores en solution aqueuse.




I ) COULEUR D’UNE SOLUTION




Une solution est colorée si elle absorbe une partie des radiations de la lumière blanche. La couleur perçue est la couleur complémentaire de la couleur absorbée.
Etoile des couleurs complémentaires ( approximatif)



Exemple : Les ions permanganate ( MnO4-) en solution sont violet, les ions permanganates absorbent les radiations voisines du jaune et laisse passer les autres radiations donnant la sensation de la couleur violette.

II ) LA REACTION ETUDIEE



La réaction étudiée est la réaction lente à température ordinaire des ions permanganates MnO4- avec une solution d’acide oxalique H2C2O4.

Les couples oxydant / réducteur à considérer sont les couples MnO4- (aq)/ Mn2+ (aq) et CO2 (aq) / H2C2O4 (aq)
1°) Ecrire l’équation bilan de la réaction et préciser la couleur du milieu réactionnel en début et en fin de réaction.

III) PRINCIPE DE L’ETUDE AU SPECTROPHOTOMETRE – LOI DE BEER LAMBERT
III-1) Le principe
L’évolution de la concentration c en ion permanganate dans le milieu réactionnel est déterminée à l’aide d’un spectrophotomètre.




La spectrophotométrie est une technique d’analyse qui repose sur l’absorption de la lumière ( visible, ultraviolette, infrarouge) par les espèces chimiques. Elle est très employée notamment pour les solutions colorées.

On détermine l’intensité I de la lumière qui traverse la solution pour une intensité lumineuse incidente I0 fixée.

L’appareil permet de connaître :

  • soit le facteur de transmission ( transmitance ;

  • soit l’absorbance, d’autant plus grande que la transmitance est faible





III-2 ) Loi de Beer-Lambert ( à savoir pour le BAC )

Pour une longueur d’onde  de la source lumineuse donnée et pour une épaisseur de solution traversée donnée, l’absorbance A est proportionnelle à la concentration c en substance colorée.

A = k . c 



mol.L-1

L.mol-1


IV) MANIPULATION
IV-1) Détermination de la longueur d’onde de travail
On cherche la longueur d’onde de la lumière incidente donnant l’absorbance maximale ou ce qui revient au même la transmitance minimale.

On fait le zéro en plaçant dans la cuve de l’eau distillée. On place dans la cuve une solution de permanganate de potassium de concentration c= 0,40 mmol.L-1 .

On obtient grâce au spectrophotomètre et via le logiciel dédié la courge T = f()

On observe un maximum d’absorbance pour nm.
IV-2) Etalonnage du spectrophotomètre


  • La longueur d’onde de travail, donnant le maximum d’absorbance, a été déterminée au préalable :

= ……. nm

  • On fixe l’absorbance A à zéro ( A = 0 ) en plaçant dans la cuve du spectrophotomètre de l’eau distillée

( solution de référence).

  • En mesurant l’absorbance de solutions de permanganate de potassium de concentrations connues compléter le tableau d’étalonnage suivant :





[MnO4-]

mmol.L-1


















A




















  • A l’aide d’un tableur (Excel) tracer la courbe A = f ( [MnO4-] ) et déterminer son équation. En déduire la relation entre la concentration de la solution en ions MnO4- et l’absorbance A.


………………………………….

IV-3) Suivi temporel de la transformation
- Mélanger dans un becher n°1, 25 mL d’une solution d’acide oxalique ( H2C2O4) de concentration C1 = 5,0 . 10-3 mol.L-1

  • Dans un autre becher n°2, introduire 25 mL de solution de permanganate de potassium acidifiée de concentration [MnO4-] =2,0 x 10-3 mol.L-1.

  • A la date t = 0 mélanger le contenu des bêcher n° 1 et 2 et commencer le suivi spectrométrique de la réaction. On obtient directement sur l’écran de l’ordinateur la courbe T = f(t)



V ) EXPLOITATION





  1. A l’aide du tableur et des résultats des paragraphes III-1 et IV-2 tracer la courbe

[MnO4-](t) =f(t)
N.B. On pourrait ensuite exploiter la courbe pour déterminer le temps de demi-réaction, ou la vitesse volumique de réaction à différents instants t.

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