Lycée   >   Terminale   >   Physique Chimie   >   Choisir un capteur pour suivre l'évolution d'un système

Choisir un capteur pour suivre l'évolution d'un système

  • Fiche de cours
  • Quiz
  • Profs en ligne
Objectif

Justifier le choix d’un capteur de suivi temporel de l’évolution d’un système.

Points clés
  • Des méthodes physiques permettent de suivre l’évolution d’une concentration en mesurant au cours du temps des grandeurs telles que l’absorbance d’un réactif ou d’un produit coloré, la pression d’un gaz formé, la conductivité d’une espèce ionique ou le pH d’une solution aqueuse.
  • Le choix d’un capteur de suivi temporel de l’évolution d’un système se fait selon les justifications suivantes :
    • un spectrophotomètre si un seul des réactifs ou des produits est coloré ;
    • un pressiomètre si un seul des produits formés est un gaz ;
    • un pH-mètre si l’ion oxonium H3O+ est un des réactifs ou des produits ;
    • un conductimètre si un des réactifs ou un des produits est un soluté ionique.
Pour bien comprendre
  • La loi de Beer-Lambert
  • La loi de Kohlrausch
  • L’équation d’état du gaz parfait
  • Vitesse volumique et temps de demi-réaction
1. Le suivi de l'évolution de la concentration au cours d'une réaction chimique

Afin de suivre au cours du temps l’évolution de la concentration d’un réactif ou d’un produit lors d’une réaction chimique lente (dont la durée va de quelques secondes à plusieurs minutes), le chimiste peut utiliser différents appareils de mesure qui relèvent la valeur d’une grandeur physique caractéristique du milieu réactionnel. Cette grandeur mesurée permet ensuite, à l’aide de formules, de lois, de trouver la concentration recherchée.

2. Choisir le capteur

Les grandeurs pouvant être étudiées sont :

  • une absorbance mesurée par un spectrophotomètre ;
  • une pression mesurée par un pressiomètre ;
  • un pH mesuré par un pH-mètre ;
  • une conductivité mesurée par un conductimètre.

Le principe du suivi expérimental de la concentration est le suivant pour chaque grandeur.

a. Suivi d'une concentration par la mesure de l'absorbance d'une solution colorée
L’absorbance

L’absorbance A est une grandeur sans unité, mesurée par un spectrophotomètre, qui est liée à la proportion de lumière absorbée par une solution colorée.

Choix du capteur
Le choix d’un spectrophotomètre comme appareil de mesure est justifié dans le cas où une seule des espèces chimiques impliquées dans la réaction chimique, réactif ou produit, est colorée.

Étapes pour trouver C(t)
à partir d’une mesure d’absorbance
Rappel
A = k × C avec :
  • A l’absorbance de la solution, sans unité
  • k une constante, en L·mol1
  • C la concentration en quantité de matière de l'espèce chimique colorée, en mol·L1
b. Suivi d'une concentration par la mesure de la pression d'un gaz formé
La pression

La pression P d’un gaz est égale à la force exercée par celui-ci par unité de surface. Un gaz est considéré comme parfait si les entités qui le constituent n’exercent aucune interaction entre elles sauf au cours des chocs.

Choix du capteur
Le choix d’un pressiomètre comme appareil de mesure est justifié dans le cas où une seule des espèces chimiques produites au cours de la réaction, est un gaz.

Étapes pour trouver C(t)
à partir d’une mesure de pression
Rappel
P × V = n × R × T avec :
  • P la pression du gaz, en pascal (Pa)
  • V le volume du gaz, en mètre cube (m3)
  • R la constante universelle des gaz parfaits : R ≈ 8,314 J·K1·mol1
  • n la quantité de matière de l’espèce qui compose le gaz, en mole (mol)
  • T la température du gaz, en Kelvin (K)
c. Suivi d'une concentration par la mesure du pH d'une solution aqueuse
Le pH

Le pH est une grandeur directement liée à la concentration en ion oxonium dans une solution aqueuse.

Si à 25 °C cette valeur est :

  • égale à 7 : la solution est neutre ;
  • inférieure à 7 : la solution est acide ;
  • supérieure à 7 : la solution est basique.
Choix du capteur
Le choix d’un pH-mètre comme appareil de mesure est justifié dans le cas où une des espèces chimiques, réactif ou produit, est l’ion oxonium.

Étapes pour trouver C(t)
à partir d’une mesure de pH
Rappel
[H3O+] = 10pH avec :
  • [H3O+] la concentration en quantité de matière d'ions oxonium, en mol·L1
  • le pH un nombre sans dimension (pas d'unité)
d. Suivi d'une concentration par la mesure de la conductivité d'une solution
La conductivité

La conductivité σ est une grandeur directement liée à la concentration des ions présents dans une solution aqueuse. Elle mesure la capacité d’une solution aqueuse à conduire le courant électrique.

Choix du capteur
Le choix d’un conductimètre comme appareil de mesure est justifié dans le cas où une espèce chimique, réactif ou produit, est un soluté ionique (combinaison d’un cation et d’un anion).

Étapes pour trouver C(t)
à partir d’une mesure de conductivité
Rappel
G k × C avec :
  • k le coefficient de proportionnalité, en siemens mètre cube par mole (S·m3·mol1)
  • G la conductance de la solution, en siemens (S)
  • C la concentration en quantité de matière de l’espèce dissoute dans la solution, en mole par mètre cube (mol·m3)
Remarque
La courbe de l’évolution temporelle de la concentration d’un réactif ou d’un produit permet ensuite de déterminer la vitesse volumique de disparition d’un réactif ou d’apparition d’un produit, ou de trouver le temps de demi-réaction.

Comment as-tu trouvé ce cours ?

Évalue ce cours !

 

Question 1/5

La médiane de 6 notes est 13. Cela signifie que :

Question 2/5

On a obtenu la série statistique suivante :

Combien vaut la médiane ?

Question 3/5

On a obtenu la série ci-dessous :

Quelle est la médiane de cette série ?

Question 4/5

On a relevé les tailles en cm des élèves d’une classe :

 

Parmi les propositions suivantes, laquelle est vraie ?

Question 5/5

Les notes en français de deux classes littéraires sont données dans le tableau suivant :

Quelle est la note médiane ?

Vous avez obtenu75%de bonnes réponses !

Reçois l’intégralité des bonnes réponses ainsi que les rappels de cours associés

Une erreur s'est produite, veuillez ré-essayer

Consultez votre boite email, vous y trouverez vos résultats de quiz!

Découvrez le soutien scolaire en ligne avec myMaxicours

Le service propose une plateforme de contenus interactifs, ludiques et variés pour les élèves du CP à la Terminale. Nous proposons des univers adaptés aux tranches d'âge afin de favoriser la concentration, encourager et motiver quel que soit le niveau. Nous souhaitons que chacun se sente bien pour apprendre et progresser en toute sérénité ! 

Fiches de cours les plus recherchées

Physique Chimie

Identifier un intermédiaire réactionnel et un catalyseur dans un mécanisme réactionnel

Physique Chimie

Déterminer les isotopes radioactifs à partir du diagramme (N, Z)

Physique Chimie

Exploiter la loi de décroissance radioactive

Physique Chimie

Comprendre les applications de la radioactivité

Physique Chimie

Déterminer la composition d'un système à l'état final

Physique Chimie

Déterminer un taux d'avancement à l'état final

Physique Chimie

Étudier le fonctionnement d'une pile

Physique Chimie

Connaitre des oxydants et des réducteurs usuels

Physique Chimie

Exploiter la constante d'acidité d'un couple acide-base

Physique Chimie

Étudier la réaction entre un acide ou une base forte ou faible avec l'eau