Spé. Physique-Chimie · Terminale · cours rédigé et vérifié par Claryo, conforme au Bulletin officiel
Analyser un système chimique, c'est identifier les espèces présentes et déterminer leurs concentrations. On dispose de deux grandes familles de méthodes. Les méthodes physiques mesurent une grandeur physique sans transformer l'espèce : spectrophotométrie (absorbance), conductimétrie (conductivité), pH-métrie (pH), spectroscopies IR et RMN (structure). Elles sont souvent non destructives. Les méthodes chimiques reposent sur une réaction de l'espèce avec un réactif : titrage acido-basique ou d'oxydoréduction, tests de reconnaissance d'ions.
La spectrophotométrie exploite la loi de Beer-Lambert : pour une solution diluée, l'absorbance est proportionnelle à la concentration de l'espèce colorée. En traçant une droite d'étalonnage A = f(C) à partir de solutions de concentrations connues, on détermine la concentration d'un échantillon par simple lecture ou calcul.
Le titrage est la méthode chimique de référence pour déterminer une concentration. On verse progressivement un réactif titrant (burette) dans la solution titrée (bécher) jusqu'à l'équivalence, instant où les réactifs sont dans les proportions stoechiométriques. L'équivalence se repère par un saut de pH, un changement de pente de conductivité ou un virage d'indicateur coloré. La relation à l'équivalence permet le calcul de concentration.
Beer-Lambert : A = \varepsilon \cdot \ell \cdot C (A sans unité, \varepsilon en L·mol^{-1}·cm^{-1}, \ell en cm, C en mol/L). Équivalence (réaction 1:1) : C_A \cdot V_A = C_B \cdot V_E. Conductivité : \sigma = \sum_i \lambda_i [X_i] (\sigma en S/m). Droite d'étalonnage : A = k \cdot C, k coefficient directeur.
Pour un dosage spectrophotométrique : vérifier que la droite d'étalonnage passe par l'origine, déterminer son coefficient directeur, puis calculer C = A/k. Pour un titrage : écrire l'équation support, repérer l'équivalence (méthode des tangentes en pH-métrie, intersection des droites en conductimétrie), appliquer la relation stoechiométrique, exprimer le résultat avec la bonne unité et le bon nombre de chiffres significatifs.
La loi de Beer-Lambert n'est valable que pour des solutions diluées et à une longueur d'onde fixe (souvent le maximum d'absorption). Ne pas oublier l'unité cm pour \ell. À l'équivalence d'un titrage acido-basique, le pH n'est pas forcément 7 (il dépend des couples mis en jeu). Bien distinguer l'espèce titrée du titrant. En conductimétrie, ne pas chercher un saut : c'est un changement de pente.
On attend la maîtrise de Beer-Lambert avec vérification dimensionnelle, l'exploitation d'une droite d'étalonnage et le calcul d'une concentration à l'équivalence. Sache repérer une équivalence par les trois techniques (pH-métrie, conductimétrie, indicateur). Les sujets contextualisent souvent (eau potable, boisson, médicament) avec une comparaison à une norme : pense à conclure explicitement sur la conformité.