Réaliser le dosage d'une solution colorée par étalonnage - Maxicours

Réaliser le dosage d'une solution colorée par étalonnage

Objectifs
  • Connaitre la loi de Beer-Lambert.
  • Connaitre le principe d’un dosage par étalonnage.
  • Déterminer la concentration d’une espèce colorée en solution en réalisant un dosage par étalonnage.
Points clés
  • L’absorbance A est une grandeur qui mesure l’absorption de la lumière par une solution colorée, elle dépend de la concentration de la solution.
  • La loi de Beer-Lambert donne la relation entre l’absorbance A et la concentration C : , avec :
    • le coefficient d’extinction molaire en L·mol–1·cm–1 ;
    • la largeur de la cuve en cm ;
    • C la concentration en quantité de matière de la solution en mol·L–1.
  • Pour déterminer la concentration d’une solution inconnue, on peut réaliser une échelle de teinte (valeur approximative de C) ou réaliser une courbe d’étalonnage (valeur exacte de C).
Pour bien comprendre
  • Préparation d'une solution par dilution
  • Absorbance
1. Loi de Beer-Lambert
a. Absorbance d'une solution
L’absorbance d’une solution, notée A, est une grandeur physique qui mesure la quantité de lumière absorbée en fonction de la lumière qui traverse un échantillon de solution.

L’absorbance n’a pas d’unité, elle dépend de la longueur d’onde de la lumière et de la concentration de l’espèce colorée de la solution.
L’absorbance d’une solution se mesure à l’aide d’un spectrophotomètre.

b. Énoncé de la loi de Beer-Lambert

La loi de Beer-Lambert donne la relation entre l’absorbance A et la concentration C en espèce colorée.

avec :
  • le coefficient d’extinction molaire en L·mol–1·cm–1 
  • la largeur de la cuve en cm 
  • C la concentration en quantité de matière de la solution en mol·L–1

Cette relation montre que la valeur de l’absorbance A est proportionnelle à la concentration C en quantité de matière de la solution, ce qui va nous permettre de réaliser un dosage de cette solution.

2. Dosage par étalonnage
a. Définition et principe d'un dosage par étalonnage
Un dosage est une technique qui permet de déterminer la concentration d’une espèce en solution.
Le dosage par étalonnage utilise une échelle de teinte : c’est une gamme de solutions appelées « solutions étalons » qui contiennent la même solution que la solution à doser. La concentration de chaque solution étalon est connue.

Pour déterminer la concentration d’une solution, on utilise 2 méthodes :

  • l’échelle de teinte qui donne la valeur approximative de la concentration ;
  • une courbe d’étalonnage qui donne une valeur plus précise.
b. Matériel utilisé

Le dosage par étalonnage d’une solution nécessite l’utilisation du même matériel de chimie que celui de la dilution :

  • bécher ;
  • pipette jaugée ;
  • pipeteur ou propipette ;
  • fioles jaugées de volume souhaité et leurs bouchons ;
  • pissette d’eau distillée.

Ce dosage nécessite également le matériel de mesure de l’absorbance d’une solution :

  • spectrophotomètre ;
  • cuves.
c. Protocole expérimental

On dispose au laboratoire d’une solution S qui contient :

  • une espèce colorée de concentration connue C ;
  • une solution S’ de concentration C’ inconnue de la même espèce, qui est moins concentrée que la solution S.

On souhaite déterminer la concentration C’ de la solution S’. On réalise tout d’abord une échelle de teinte qui permet d’avoir une approximation de la valeur de la concentration. Ensuite, si l’on souhaite une valeur plus précise, on trace une courbe d’étalonnage.

Mode opératoire
  1. Réaliser une échelle de teinte.
    On réalise une échelle de teinte pour déterminer un encadrement de la concentration C’.
    Il faut pour cela :
    • réaliser des dilutions afin d’obtenir des solutions diluées à partir de S,
    • puis comparer la couleur de la solution S’ avec la couleur des autres solutions.

    Réalisation d’une échelle de teinte pour déterminer la concentration de la solution S’

    Dans cet exemple, on remarque que la couleur de la solution S’ s’approche des teintes des solutions diluées de concentrations 1 × 10–3 mol·L–1 et 2 × 10–3 mol·L–1.
    On peut donc encadrer C' de la manière suivante :
    1 × 10–3 mol·L–1 < C' < 2 × 10–3 mol·L–1.
    Cette méthode nous donne une approximation de la valeur de C’.

  2. Réaliser une courbe d’étalonnage.
    Pour obtenir une valeur précise de la concentration C', on réalise ensuite une courbe d’étalonnage (courbe de référence).
    • On utilise un spectrophotomètre pour réaliser cette courbe : il s’agit de mesurer, pour une longueur d’onde fixée, l’absorbance de chaque solution diluée dont on connait la concentration.
    • On trace ainsi la courbe d'absorbance A en fonction de la concentration C.

    Courbe d’étalonnage des solutions étalons
  3. Déterminer la concentration C’.
    On mesure ensuite l’absorbance A’ de la solution S’ et on reporte sa valeur sur la courbe d’étalonnage.
    L’abscisse du point correspond à la concentration C’ recherchée.

    Courbe d’étalonnage des solutions étalons
    On trouve par exemple A’ = 0,25. On lit ainsi sur ce graphique que notre solution S’ a une concentration C’ = 1,0 × 10–3 mol·L–1.

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