Les appareils permettant de mesurer la concentration directement n'existent pas. Il faudra mesurer une autre grandeur physique que la concentration, puis faire des calculs pour les terminer à la fin. Cette méthode s'appelle un dosage. Le dosage par titrage est basé sur une réaction chimique qui détruit l'échantillon.
Il est parfois nécessaire de conserver l'échantillon de concentration à mesurer, c'est pourquoi on utilise le dosage par étalonnage.
Mais c'est quoi le dosage par étalonnage ?
Dans ce résumé de cours, nous allons découvrir le dosage par étalonnage !
Ce résumé de cours porte sur le dosage par étalonnage.
Tout d'abord nous allons définir le dosage d'une espèce chimique et le dosage par titrage.
Ensuite, nous aborderons le dosage par étalonnage, son principe et les solutions étalons.
Nous examinerons l'échelle de teinte et ses limites.
Ensuite, nous explorerons la courbe d'étalonnage, la grandeur physique, le spectre d'absorption et la loi de Beer -Lambert.
Enfin, nous présenterons le dosage conductimétrique par étalonnage.
Dosage d'une espèce chimique
Le dosage d'une espèce chimique consiste à déterminer la concentration ou la quantité de cette espèce qui est dissoute en solution.
Dosage par titrage
Quant au titrage, il s'agit d'une technique de dosage qui implique une réaction chimique.
Le titrage est un moyen d'analyser des produits chimiques pour trouver une concentration inconnue en utilisant une substance dont la concentration est connue.
Pour faire simple, nous ajoutons lentement une solution standard d'un réactif titrant dans une burette à la substance à analyser dans la fiole conique. Nous pouvons utiliser un indicateur coloré afin de savoir que la réaction a atteint son point final.
Dans le dosage par titrage, nous allons détruire l’échantillon par la réaction chimique, par contre dans le dosage par étalonnage l'échantillon reste intact.
Dosage par étalonnage
Pour réaliser le dosage par étalonnage, nous utiliserons une gamme étalon et des solutions filles de différentes concentrations préparées à partir d'une solution mère plus concentrée.
Le dosage par étalonnage nécessite des mesures non destructives effectuées en utilisant des quantités différentes, afin de les comparer à une valeur de référence.
La réalisation des dosages peut se faire de plusieurs manières et dans ce résumé de cours, nous nous concentrerons sur les deux types de dosages par étalonnage :
- Le dosage à l'aide d'une échelle de teinte.
- Le dosage à l'aide d'une courbe d'étalonnage.
Solutions étalons
La gamme étalon doit être très précise, on doit connaître précisément la concentration et la quantité de matière qui sont contenues dans chaque solution. Pour cela on va préparer une solution mère par dissolution ou choisir une quantité précise de soluté. La gamme de solutions étalons obtenues, de concentrations différentes, est appelée gamme d'étalonnage.
La gamme étalon est constituée d'une série de couleurs utilisées comme étalon pour l'étalonnage et la correspondance des couleurs d'un système à l'autre.
Fig.1- Solution étalon.
Comment préparons-nous les solutions étalons ?
Après avoir préparé la solution mère, nous l'utiliserons comme point de départ pour préparer toutes les solutions filles par dilutions successives, c'est-à-dire que la technique est toujours la même :
- Nous prélèverons un certain volume de la solution mère à l'aide d'une pipette jaugée ;
- Ce volume de solution mère sera ensuite versé dans une nouvelle fiole jaugée vide ;
- Dans cette fiole jaugée, nous ajouterons du solvant jusqu'au niveau de la ligne de jauge.
La couleur est d'autant plus foncée que la solution est concentrée en soluté. Et bien sûr, plus nous diluons, plus la couleur pâlit.
Rapport de dilution
Lors d'une dilution, la quantité de matière du soluté est conservée.
Il est nécessaire de savoir qu'entre le prélèvement de la solution mère et la préparation de la solution fille, la quantité de matière qui était dans la pipette reste constante, elle est conservée \( n_{pipette} = n_{fiole} \) .
On peut ainsi définir le rapport dit le rapport de dilution.
Le rapport de dilution permet de déterminer la concentration de la solution fille en fonction du volume de la solution fille et du volume de la pipette (solution mère) utilisée pour prélever l'échantillon.
Pour avoir plus de précision, nous allons utiliser la verrerie jaugée comme la fiole jaugée pour préparer ces solutions.
Si tu utilises une pipette de \( 10 ml \) dans une fiole jaugée de \( 100 ml \) , le rapport sera de \( \frac {1}{10} \) .
Nous disons que la concentration sera \( 10 \) fois plus faible pour la solution fille que pour la solution mère.
Le dosage à l'aide d'une échelle de teinte
Quelques fois la concentration de l'espèce chimique que nous souhaitons mesurer fait varier la couleur de la solution. Et bien dans ce cas, nous pouvons déterminer cette concentration en utilisant une échelle de teinte.
Le dosage à l'aide de l'échelle de teinte consiste à mesurer des concentrations en comparant leur couleur à une échelle de teinte.
Comment réaliser le dosage à l'aide de l'échelle de teinte ?
Pour réaliser le dosage à l'aide de l'échelle de teinte, nous devons suivre les étapes suivantes :
- Nous plaçons les solutions étalons dans des tubes à essai identiques et de même volume ;
- Nous comparons la couleur de la solution de concentration inconnue à l'œil nu avec les différents tubes à essai ;
- De cette manière, nous pouvons obtenir un cadre de la concentration de la solution.
Les limites du dosage par échelle de teinte
Le dosage par échelle de teinte a quelques limites.
- La solution doit être colorée, sinon cette méthode est inefficace ;
- La détermination de la concentration inconnue n'est pas très précise.
Justement, pour plus de précision, nous allons parler d'un deuxième type de dosage par étalonnage qui utilise cette fois une courbe d'étalonnage.
Dosage par courbe d’étalonnage
Le dosage à l'aide d'une courbe d'étalonnage consiste à utiliser des grandeurs physiques proportionnelles à une concentration ou une quantité de matière, qui sont mesurées pour les solutions connues et représentées graphiquement pour trouver la concentration adéquate d'une solution inconnue.
Le principe du dosage par courbe d’étalonnage
Le principe du dosage par courbe d'étalonnage est résumé dans les étapes suivantes :
- Utiliser plusieurs propriétés (physiques ou chimiques) pour la détermination de l'étalonnage ;
- Préparer une gamme de solutions de concentration ou de quantité de matière connue ;
- Mesurer la propriété proportionnelle à la concentration recherchée ;
- Tracer une droite d'étalonnage pour représenter la quantité mesurée en fonction de la concentration ;
- Mesurer la propriété de la solution inconnue ;
- Trouver la concentration appropriée en utilisant la droite d'étalonnage ou son équation.
Courbe d'étalonnage et grandeur physique
Pour tracer une courbe d'étalonnage, nous allons mesurer une grandeur physique qui soit proportionnelle à la concentration.
Le choix de la grandeur physique dépendra de la nature de la solution utilisée.
- Pour une solution colorée, on peut choisir de mesurer l'absorbance, car la loi beer-lambert nous indique que l'absorbance est proportionnelle à la concentration des solutions diluées.
- Nous pouvons aussi mesurer la conductivité parce que la loi de Kohlraush qui nous dit que la conductivité électrique est proportionnelle à la concentration dans quelques conditions.
On peut également imaginer d'autres grandeurs physiques telles que la masse volumique ou la pression osmotique.
Absorbance
Imagine que tu présentes une solution avec une concentration inconnue d'un analyte que tu connaisses, que nous appelons maintenant matériel d'étude. Tu peux voir que la solution avec la substance étudiée semble rouge et tu peux également déjà savoir, grâce au chapitre de StudySmarter sur les colorants, que les substances paraissent toujours dans la couleur complémentaire de la couleur absorbée.
Ensuite, afin de tracer la courbe d'étalonnage, tu mesures l'absorbance qui varie en fonction de la concentration.
L'absorbance est le logarithme commun du rapport entre l'intensité initiale et l'intensité après passage de l'échantillon.
Loi de beer-lambert
La loi de Lambert-Beer stipule que l'extinction à une certaine longueur d'onde est égale au coefficient d'extinction molaire décadaire \( \epsilon \) , (constante spécifique pour une longueur d'onde \( \lambda \) et une substance) multiplié par la concentration \( c \) de l'échantillon dans la solution, multiplié par l'épaisseur de la couche du milieu optique.
L'épaisseur de la couche est, pour ainsi dire, la largeur de la cuvette, qui est généralement normalisée à \( 1 cm \) .
La formule de la loi de Lambert-Beer :
Où :
- \(A \) est l'absorbance ( sans unité) ;
- \( \epsilon_{ \lambda } \) est le coefficient d'absorption molaire ( \( L. mol^{-1} . cm^{-1} )\) ;
- \(l\) est la longueur de la cuve ;
- \( c \) est la concentration exprimée en \( mol.L^{-1} \) .
Pour plus d'informations sur la loi de Beer-Lambert, veuille consulter notre résumé de cours sur Loi De Beer-Lambert !
Qu'est-ce qu'une courbe d'étalonnage ?
La courbe d'étalonnage est obtenue après avoir mesuré une grandeur physique qui varie avec la concentration.
La courbe d'étalonnage représente la variation d'une grandeur physique en fonction de la concentration.
La mesure est un succès total, tu as effectué cinq mesures et obtenu le tableau de valeurs suivant :
Concentration du matériau d'apprentissage en mol / l | Extinction |
| \( 0,1 \) | \( 0,09 \) |
| \( 0,3 \) | \( 0,27 \) |
| \( 0,6 \) | \( 0,54 \) |
| \( 0,8 \) | \( 0,72 \) |
| \( 1,0 \) | \( 0,9 \) |
Essaie maintenant de dessiner un diagramme à partir de ces valeurs.
Inscris la concentration sur l'axe des \( x \) . Il est logique d'essayer d'y aller par pas de \( 0,1 \) . Tu dois reporter l'extinction sur l'axe des y, qui ne présente d'ailleurs aucune unité.
Fig.2- Exemple de diagramme de mesure d'absorbance
Ton diagramme devrait ressembler à ceci. Maintenant, tu mesures enfin ton échantillon avec une concentration inconnue de matériel pédagogique.
Pour cela, tu obtiens une extinction de \( 0,7 \) . Tu peux facilement lire la concentration de l'échantillon sur le diagramme si tu essaies de suivre l'axe des y au niveau de l'extinction de \( 0,7 \) jusqu'à la ligne droite. De là, tu essaies de lire la valeur sur l'axe des \( x \) .
Fig.3- Exemple de diagramme de mesure d'absorbance et de la concentration
Fini ? Tu devrais obtenir environ \( 0,78 \ mol/L \) pour la concentration de l'échantillon et ça peut être aussi simple que ça !
Au fait, tu obtiens ici le coefficient d'extinction molaire et décadique à partir de la pente, mais n'oublie pas de le diviser par ta longueur de trajet de \( 1 cm \) !
Le dosage par étalonnage peut être également applique à d'autres propriétés chimiques telle que la conductivité et des propriétés physiques telle que la masse volumique.
Dosage conductimétrique
Pour réaliser le dosage conductimétrique, nous utilisons un conductimètre pour mesurer la conductivité \( \sigma \) définie par la loi de kohlraush.
C’est aussi une loi de proportionnalité. En traçant sigma en fonction de la concentration, nous obtenons une ligne droite qui passe par l'origine.
Pour mesurer la concentration d'une solution inconnue, nous mesurons la conductivité et nous pouvons déduire la concentration de la solution en regardant la courbe d'étalonnage.
Ne confonds pas entre le dosage par conductimétrie et le titrage avec un suivi conductimétrique.
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