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Spécialité Physique-Chimie Terminale

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Fiche de révision : Structure de la matière et lumière

Spectre UV-visible et identification d’une espèce, loi de Beer-Lambert A = ε × ℓ × c pour déterminer une concentration ou une quantité de matière, domaine de validité et additivité des absorbances, spectre infrarouge des esters, amines et amides, identification d’une espèce et suivi d’une transformation.

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Analyse physique : spectroscopies UV-visible et infrarouge

Fiche méthode

(Physique-chimie Tle spécialité · Constitution et transformations de la matière · Analyser un système chimique par des méthodes physiques)

La démarche pour toute analyse par spectroscopie

1. Je choisis la méthode : UV-visible pour une espèce qui absorbe (identifier, doser) ; IR pour les liaisons (identifier, contrôler, suivre).

2. Je compare aux données tabulées ou à un spectre de référence, dans les mêmes conditions (solvant).

3. Je vérifie les conditions : domaine de validité, dilution, autres espèces qui absorbent.

4. Je calcule ou j’élimine : c = A ÷ (ε × ℓ), puis n, m ; ou les candidats dont les bandes manquent.

5. Je confirme : spectre de référence, couleur, ordre de grandeur.

Le réflexe — Une coïncidence de λmax ou de bandes rend une espèce possible ; seule la comparaison du spectre entier à une référence la confirme.

Cas 1 · Identifier par le spectre UV-visible

Réflexe — nombre de bandes, λmax, table dans le même solvant.

Exemple. Solution orangée : deux bandes, à 426 nm et à 485 nm. Table : tartrazine 426 nm, jaune orangé S 485 nm, rouge allura AC 504 nm.

Deux bandes : au moins deux colorants.

426 nm : tartrazine ; 485 nm : jaune orangé S, le rouge allura AC étant à 19 nm.

Attention — un spectre limité au visible ne montre pas les espèces incolores.

Cas 2 · Exploiter A = ε × ℓ × c

Réflexe — c = A ÷ (ε × ℓ), puis × facteur de dilution.

Exemple. ε = 1,6 × 10⁴ L·mol⁻¹·cm⁻¹, cuve de 1,00 cm, solution diluée 20 fois : A = 0,56.

cd = 0,56 ÷ (1,6 × 10⁴ × 1,00) = 3,5 × 10⁻⁵ mol·L⁻¹.

Solution de départ : 7,0 × 10⁻⁴ mol·L⁻¹.

Attention — ε ne vaut que pour la longueur d’onde et le solvant indiqués.

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Cas 3 · Vérifier la validité, tenir compte d’un mélange

Réflexe — absorbance dans le domaine ; A = somme des contributions.

Exemple. A(600 nm) = 0,44, dont 0,04 dû à un second colorant ; pour l’espèce dosée, ε × ℓ = 2,0 × 10⁴ L·mol⁻¹.

Part de l’espèce dosée : 0,44 − 0,04 = 0,40.

c = 0,40 ÷ (2,0 × 10⁴) = 2,0 × 10⁻⁵ mol·L⁻¹.

Attention — une absorbance trop grande se corrige en diluant la solution, pas par le calcul.

Cas 4 · Identifier un groupe en IR

Réflexe — C=O ? puis O–H ou N–H (combien de bandes ?), puis formule brute.

Exemple. Espèce C₃H₇NO : une bande N–H à 3 300 cm⁻¹ et une bande forte à 1 665 cm⁻¹.

C=O vers 1 665 cm⁻¹ et un azote : groupe amide.

Une seule bande N–H : l’azote porte un H, groupe –CO–NH–.

Attention — une bande vers 3 300 cm⁻¹ peut être un O–H lié ou un N–H.

Cas 5 · Contrôler, suivre, confirmer

Réflexe — bandes des réactifs qui restent, bandes des produits qui apparaissent.

Exemple. Ester préparé à partir d’un acide et d’un alcool ; le produit montre une bande à 1 738 cm⁻¹ et une bande très large de 2 500 à 3 200 cm⁻¹.

La bande très large signale un O–H d’acide : il reste de l’acide ; on lave le produit par une solution basique.

Puis on compare au spectre de référence de l’ester.

Attention — les bonnes bandes ne prouvent pas l’identité : un isomère a les mêmes.

Les pièges

  • Oublier de multiplier par le facteur de dilution.
  • Utiliser le ε d’une autre longueur d’onde ou d’un autre solvant.
  • Calculer c avec une absorbance hors du domaine de validité au lieu de diluer.
  • Oublier la part d’une autre espèce qui absorbe à la même longueur d’onde.
  • Conclure sur une seule bande IR : vers 1 700 cm⁻¹, ce peut être un aldéhyde, une cétone, un acide ou un ester.

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À propos de cette page
La fiche méthode tient en deux pages : une démarche en cinq étapes pour toute analyse par spectroscopie, un exemple corrigé par cas — deux colorants dans une solution violette, une concentration après dilution, une absorbance partagée entre deux espèces, un amide reconnu à ses bandes, un ester encore souillé d’acide — et cinq pièges.
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