Solution colorée
Une solution est dite colorée si elle absorbe une partie du spectre de la lumière visible. La couleur perçue par l'œil est la couleur complémentaire de celle(s) absorbée(s).
Absorbance (A)
L'absorbance est une grandeur sans unité qui caractérise la capacité d'une solution à absorber la lumière à une certaine longueur d'onde. Elle est mesurée à l'aide d'un spectrophotomètre.
Concentration molaire (c)
La concentration molaire, exprimée en mol/L, représente la quantité de matière (en moles) d'un soluté dissous dans un litre de solution. Elle est une mesure de la quantité d'espèce chimique présente dans un volume donné.
Spectrophotomètre
C'est un appareil qui mesure l'absorbance d'une solution pour différentes longueurs d'onde. Il permet de déterminer la longueur d'onde à laquelle l'absorption est maximale (λmax).
Comprendre l'Absorbance et la Couleur
Pourquoi une solution est-elle colorée ? Tout simplement parce qu'elle absorbe certaines couleurs de la lumière blanche et en transmet d'autres. La couleur que nous percevons est le mélange des couleurs transmises. Par exemple, si une solution absorbe le bleu-vert, elle apparaîtra rouge. L'absorbance est donc une mesure de la quantité de lumière absorbée par une solution. Plus une solution est concentrée en espèce colorée, plus elle absorbe de lumière, et plus son absorbance est élevée.
Le Spectrophotomètre et la Longueur d'Onde Maximale (λmax)
Pour déterminer la concentration d'une espèce colorée, on utilise un spectrophotomètre. Cet appareil envoie un faisceau de lumière d'une certaine longueur d'onde à travers la solution et mesure la quantité de lumière qui en ressort. Avant de commencer les mesures de concentration, il est crucial de déterminer la longueur d'onde d'absorption maximale (λmax). C'est à cette longueur d'onde que la solution absorbe le plus de lumière, ce qui rend les mesures d'absorbance les plus précises et sensibles. Pour trouver λmax, on réalise un spectre d'absorption, c'est-à-dire qu'on mesure l'absorbance de la solution pour différentes longueurs d'onde et on repère le pic d'absorption.
La Loi de Beer-Lambert : Le Lien entre Absorbance et Concentration
La loi de Beer-Lambert est fondamentale en spectrophotométrie. Elle établit une relation de proportionnalité directe entre l'absorbance (A) d'une solution colorée et sa concentration (c) en espèce absorbante, à condition de mesurer l'absorbance à λmax et pour des solutions peu concentrées. Elle s'écrit :
Loi de Beer-Lambert
Où :
- A est l'absorbance (sans unité)
- ε (epsilon) est le coefficient d'extinction molaire, spécifique à l'espèce chimique et à la longueur d'onde (en L·mol⁻¹·cm⁻¹)
- l est l'épaisseur de la cuve traversée par la lumière (en cm), généralement 1 cm
- c est la concentration molaire de l'espèce colorée (en mol·L⁻¹)
Cette relation linéaire est essentielle pour déterminer une concentration inconnue. Si on connaît ε et l, il suffit de mesurer A pour trouver c.
Réaliser une Courbe d'Étalonnage
Puisqu'il est souvent difficile de connaître ε avec précision, on utilise généralement une courbe d'étalonnage. C'est une méthode graphique qui permet de déterminer la concentration d'une solution inconnue en comparant son absorbance à celle de solutions de concentrations connues (appelées solutions étalons).
- Préparation des solutions étalons : On prépare plusieurs solutions de l'espèce colorée dont les concentrations sont connues et différentes, encadrant la concentration attendue de la solution inconnue.
- Mesure de l'absorbance : On mesure l'absorbance de chaque solution étalon (et du blanc, qui est le solvant pur, pour s'assurer que A=0) à la longueur d'onde λmax.
- Tracé de la courbe : On trace un graphique où l'absorbance (A) est en ordonnée et la concentration (c) est en abscisse. On obtient normalement une droite passant par l'origine.
- Détermination de la concentration inconnue : On mesure l'absorbance de la solution de concentration inconnue. On reporte cette valeur sur la courbe d'étalonnage, puis on lit la concentration correspondante sur l'axe des abscisses.
f(x) = 0.1 * x
Exemple de courbe d'étalonnage (A = f(c))
Précautions :
- Utiliser une cuve propre et rincée avec la solution à mesurer.
- Mesurer l'absorbance à la λmax.
- Ne pas dépasser le domaine de validité de la loi de Beer-Lambert (solutions trop concentrées ou impuretés peuvent entraîner des déviations).
A retenir :
Résumé des notions clés :
- Une solution colorée absorbe certaines longueurs d'onde de la lumière visible.
- L'absorbance (A) mesure la quantité de lumière absorbée par une solution, sans unité.
- Un spectrophotomètre mesure l'absorbance ; on travaille à la longueur d'onde d'absorption maximale (λmax).
- La loi de Beer-Lambert établit que A = ε × l × c, montrant une proportionnalité entre A et c.
- La concentration d'une solution inconnue est déterminée en utilisant une courbe d'étalonnage (A en fonction de c pour des solutions étalons).
- La courbe d'étalonnage est une droite passant par l'origine, tant que la loi de Beer-Lambert est respectée.
- La propreté de la cuve et le choix de λmax sont essentiels pour des mesures précises.