Dosage Colorimétrique et Spectrophotométrique - Supplément

Chapitre 9 : Dosage Colorimétrique et Spectrophotométrique

Compétences du Programme

• Expliquer et prédire la couleur d'une espèce en solution à partir de son spectre UV-visible.
• Déterminer la concentration d'un soluté en se basant sur l'absorbance de solutions de concentrations connues.
• Proposer et mettre en œuvre un protocole de gamme étalon pour la détermination de concentration par mesures d'absorbance.
• Relier qualitativement l'évolution des quantités de matière des réactifs et produits à la quantité de solution titrante.
• Comprendre le lien entre l'équivalence, le réactif limitant et les proportions stœchiométriques.
• Établir la relation entre les quantités de matière de réactifs à l'équivalence.
• Expliquer ou prévoir le changement de couleur à l'équivalence d'un titrage impliquant une espèce colorée.
• Réaliser un titrage direct avec repérage colorimétrique de l'équivalence.

I- Interprétation de la Couleur des Matières Colorées

1- Les Matières Colorées

Les substances colorées sont des pigments (insolubles) ou des colorants (solubles). Elles peuvent être d'origine naturelle (ex: indigo, ocre), de synthèse, ou artificielles (ex: mauvéine).

2- Couleur d'une Matière Colorée

La couleur d'une solution est quantifiée par son absorbance A (sans unité), mesurée par un spectrophotomètre. Une solution incolore a A=0. Une solution absorbe la couleur complémentaire de sa propre couleur. La couleur peut être influencée par le pH, la température, ou le solvant, notamment pour les indicateurs colorés acido-basiques (ex: bleu de bromothymol) ou d'oxydoréduction (ex: empois d'amidon).

II- Dosage Spectrophotométrique

1- La Loi de Beer-Lambert

Pour une longueur d'onde et une largeur de cuve (l) données, l'absorbance A est directement proportionnelle à la concentration C de l'espèce absorbante. La loi s'écrit A = ε.l.c, où ε (epsilon) est le coefficient d'absorption molaire, caractéristique de l'espèce et de la longueur d'onde. Cette loi n'est pas applicable pour des solutions trop concentrées.

2- Dosage Spectrophotométrique

Un dosage est une technique pour déterminer la concentration molaire d'une espèce chimique. La réaction de dosage doit être rapide, totale et univoque. Le dosage par étalonnage spectrophotométrique utilise des solutions de concentrations connues (solutions étalons).

Les étapes sont :

• Étape 1 : Préparation des solutions étalons : Préparer une gamme de solutions de concentrations connues par dilution d'une solution mère.
• Étape 2 : Obtention de la courbe d'étalonnage : Mesurer les absorbances de ces solutions étalons pour tracer la courbe A = f(C).
• Étape 3 : Détermination de la concentration inconnue C_inc : Mesurer l'absorbance de la solution inconnue et utiliser la courbe d'étalonnage pour trouver sa concentration.

III- Dosage Colorimétrique

1- Transformations Totales et Non Totales

L'avancement maximal x_max est la plus petite valeur d'avancement pour laquelle un réactif est totalement consommé (réactif limitant). L'avancement final x_f est l'avancement mesuré expérimentalement. Une réaction est totale si x_f = x_max, et limitée si x_f < x_max. Le taux d'avancement τ = x_f/x_max.

2- Dosage Colorimétrique

a. Définition

Un dosage colorimétrique est un titrage dont l'équivalence est repérée par un changement de couleur. Ce changement peut être dû à la disparition du réactif titré coloré, à l'apparition du réactif titrant coloré en excès, ou à l'ajout d'un indicateur coloré sensible à la composition du milieu (ex: pH).

b. Dispositif de Dosage

Le réactif titrant (concentration connue) est placé dans une burette graduée, et le réactif titré (concentration inconnue) est dans un bécher, souvent agité par un barreau magnétique.

c. L'Équivalence

À l'équivalence, les réactifs sont introduits dans les proportions stœchiométriques de la réaction de dosage. Ils sont tous deux intégralement consommés.

Avant l'équivalence, le réactif limitant est le réactif ajouté (titrant); après l'équivalence, c'est le réactif initialement présent (titré). La relation à l'équivalence est donnée par (C_A.V_A)/a = (C_B.V_E)/b, où a et b sont les coefficients stœchiométriques des réactifs A et B, V_A est le volume initial de A et V_E le volume à l'équivalence de B.