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Beer's Law ; Loi de Beer-Lambert.
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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.