Choisir un capteur pour suivre l'évolution d'un système
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Justifier le choix d’un capteur de suivi temporel de l’évolution d’un système.
- 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.
- La loi de Beer-Lambert
- La loi de Kohlrausch
- L’équation d’état du gaz parfait
- Vitesse volumique et temps de demi-réaction
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.
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.
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.
Étapes pour trouver C(t)
à partir d’une mesure d’absorbance
| A = k × C |
avec :
|
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.
Étapes pour trouver C(t)
à partir d’une mesure de pression
| P × V = n × R × T |
avec :
|
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.
Étapes pour trouver C(t)
à partir d’une mesure de pH
| [H3O+] = 10–pH |
avec :
|
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.
Étapes pour trouver C(t)
à partir d’une mesure de conductivité
| G = k × C |
avec :
|
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.
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