close

Se connecter

Se connecter avec OpenID

AP07 Spectroscopie UV-Visible et AP08 - cours

IntégréTéléchargement
AP7
SPECTROSCOPIE
Données :
UV-VISIBLE
:
Spectre de la lumière blanche : (ci-contre)
Cercle chromatique : (ci-contre)
Deux couleurs diamétralement opposées sont complémentaires.
400
Loi de Beer-Lambert :
Soit une solution contenant une seule espèce qui absorbe à la longueur
d’onde d’étude.
L’absorbance A de la solution à cette longueur d’onde est reliée à la
concentration molaire du soluté c, ainsi qu’à l’épaisseur  de solution
traversée par le faisceau : A = ..c
avec A sans unité,  en cm, c en mol.L 1 et le coefficient d’absorption
molaire en L.cm 1.mol 1.
caractérise l’intensité de l’absorption de l’espèce colorée,
indépendamment de l’épaisseur de la solution et de la concentration c.
450
500
550
600
vert
530 nm
bleu-vert
650
700
jaune-vert
cyan
jaune
500 nm
570 nm
bleu
roi
orange
bleu
rouge
450 nm
700 nm
violet
rouge-rosé
magenta
EXERCICE 1 : Etude d’un sirop de menthe
Dans l’industrie alimentaire, la couleur verte peut être obtenue par l’utilisation d’un colorant vert ou d’un mélange de colorants.
Document 1 : Indications présentes sur
Document 2 : Courbes d’étalonnage pour la tartrazine (450 nm) et pour
l’étiquette d’une bouteille de sirop de
le bleu patenté V (640 nm) à partir d’une gamme étalon.
A
menthe.
2,0
Bleu patenté V
Tartrazine
1,5
COMPOSITION :
Sucre, eau, sirop de
glucose-fructose,
arôme de menthe,
colorants : E102 – E131
1,0
0,5
0
0
26
c
2
4
6
Document 3 : Spectre d’absorption ( = 1,0 cm) du sirop
0,0
de menthe dilué 10 fois
A
8
10
12
14
16
18
20
22
(mg.L
1
)
24
Document 4 : Spectre d’absorption d’une solution de
tartrazine (E102) et d’une solution de bleu patenté V
(E131) (épaisseur de la cuve  = 1,0 cm)
A
1,0
1,6
Tartrazine (colorant jaune)
Bleu patenté V (colorant bleu)
1,2
0,6
0,8
0,4
0,0
360
0,2
360
440
QUESTIONS :
520
600
680
440
520
600
680
(nm)
(nm)
Répondre à l'aide de ses connaissances et des documents.
1. Relier les spectres d'absorption de la tartrazine et du bleu patenté V à leurs couleurs.
2. Expliquer la couleur du sirop de menthe à partir de son spectre d'absorption.
3. Justifier le choix des longueurs d'onde de travail retenues (450 nm et 640 nm) pour le dosage
spectrophotométrique de la tartrazine et du bleu patenté V contenus dans le sirop de menthe.
4. Donner les valeurs de l’absorbance du sirop de menthe dilué à ces longueurs d’onde.
5. Déterminer les concentrations massiques de tartrazine (CT' ) et de bleu patenté V (CB') dans le sirop de menthe dilué.
6.1. En déduire les concentrations massiques de la tartrazine, CT , et du bleu patenté V, CB , dans le sirop de menthe.
6.2. Présenter les valeurs des concentrations massiques en tartrazine et en bleu patenté V dans le sirop de menthe
sous la forme C = Cmoy ± C sachant que l'incertitude relative des concentrations massiques est de 3 %.
EXERCICE 2 : Filtre anti-UV et crème solaire
L’avobenzone est une molécule employée comme filtre anti-UV dans les crèmes solaires.
Document 1 : Le rayonnement ultraviolet
L'ultraviolet
(UV)
couvre
les
rayonnements
électromagnétiques de longueurs d'onde comprises
entre 10 et 400 nm. Une partie des rayonnements émis
par le Soleil sont des UV, qui sont potentiellement
nocifs : ils sont classés en différentes plages de
longueurs d'onde en fonction de leur pénétration dans
les couches de la peau et de leur effet biologique. La
couche d'ozone absorbe la totalité des rayonnements
UV de longueur d'onde inférieure à 290 nm, les UV-C.
Les UV-B et les UV-A, de plus grande longueur d'onde,
atteignent la surface de la Terre.
Document 2 : La molécule d’avobenzone
Document 3 : Classification des rayonnements UV
Formule brute
Masse molaire
Couleur
des
solutions
UV-C
UV-B
UV-A
« courts »
UV-A
« longs »
totalement
partiellement
non
non
290 - 320
320 - 340
340 - 400
UV
Formule
topologique
C20H22O3
M = 310,39 g.mol 1
Très légèrement jaunâtre
(solutions concentrées)
Document 4 : Absorbance d’une solution d’avobenzone.
Une solution est préparée par dissolution d'une masse
m = 1,00 mg de cristaux d'avobenzone dans un volume
V =100 mL de propan-2-ol. Son absorbance A dans l'UV
est étudiée par spectrophotométrie, dans une cuve
d'épaisseur  = 1,0 cm.
Le « blanc » du spectrophotomètre a été effectué avec
une cuve remplie de propan-2-ol.
: coefficient d’absorption molaire de l’avobenzone.
Filtrés
par la
couche
d’ozone
(nm)
290
(nm)
250
270
290
300
310
330
350
370
380
390
A
0,208
0,230
0,228
0,210
0,209
0,667
1,086
0,857
0,133
en L.cm 1.mol
6,46.10
1
3
7,08.10 3
6,51.10 3
6,49.10 3
2,07.10 4
3,37.10 4
2,66.10 4
2,07.10 4
4,14.10 3
QUESTIONS :
Répondre à l'aide de ses connaissances et des documents.
1. Montrer que la concentration molaire de la solution d'avobenzone (du doc 4) est égale à c = 3,22.10 5 mol.L 1.
2.1. Compléter le tableau du document 4.
2.2. Tracer le spectre de la molécule d'avobenzone : = f( ).
3. En 1ère approche, on considère qu'une espèce est un "bon" filtre à une longueur d'onde donnée lorsque
104 L.cm 1.mol 1.
Quelle(s) catégorie(s) de rayonnements UV est(sont) filtrée(s) par l'avobenzone ?
AP8 – SPECTROSCOPIE
INFRA ROUGE
:
Données :
Liaison
Nombre d’onde
(cm 1 )
O H d’un groupe
hydroxyle en phase
gazeuse
O H d’un groupe
hydroxyle en phase
condensée (1)
C O
(amide)
C O
(ester)
3590-3650
3200-3400
1650-1700
1735-1750
C
O (acide carboxylique)
1700-1725
(1) Phase condensée : phase liquide ou solide
(2) Désigne un composé avec un cycle aromatique comme le benzène
C
H
C
O d’un
groupe
carbonyle
C C
aromatique (2)
1700-1740
1400-1600
N – H (amine ou amide)
2900-3100
1560-1640
et 3100-3500
ou ses dérivés.
EXERCICE 3 :
Le paracétamol est le médicament le plus
prescrit en France. Sa formule topologique et
ses spectres UV-visible et infrarouge sont
représentés ci-contre.
Document 1 : Formule topologique et spectre
UV-visible du paracétamol en solution aqueuse.
Document 2 : Spectre IR du paracétamol en phase
gazeuse
Questions :
1. Recopier la formule topologique de la molécule et
entourer ses groupes caractéristiques.
2. Citer le nom du groupe caractéristique —OH.
3. À quelle classe fonctionnelle cette molécule
appartient-elle du fait du groupe caractéristique
contenant l'atome d'azote ?
4. Le paracétamol est-il une espèce de la matière colorée?
5. Attribuer les bandes caractéristiques a, b, c, d et e du spectre IR aux liaisons correspondantes de la molécule.
EXERCICE 4 :
Le spectre IR d’une espèce chimique en phase
condensée est représenté ci-contre.
S’agit-il :
- de l’éthanoate de propyle,
- du 3-méthylpentan-3-ol,
- de la 2,2-diméthylpropanamide
- ou du pentanal ?
Aide :
1. Ecrire les formules topologiques de ces molécules, entourer les groupes caractéristiques et les nommer.
2. A quelle liaison correspond la bande d’absorption à 1660 cm 1 environ sur le spectre IR ? De quelle molécule s’agit-il ?
3. D’autre(s) bande(s) d’absorption permet(tent)-elle(s) de confirmer cette attribution ?
AP7 ET AP8
CORRECTION
SPECTROSCOPIE UV-VISIBLE ET
IR
EXERCICE 1 :
1. D’après le doc 4, la tartrazine présente une unique bande d’absorption dans le visible, avec un maximum d’absorbance
vers = 430 nm : elle absorbe donc principalement les radiations bleues d’après le spectre de la lumière blanche
donné en annexe.
L’œil perçoit la couleur complémentaire, la tartrazine apparaît donc jaune d’après le cercle chromatique (voir annexe).
Le bleu patenté V présente une unique bande d’absorption notable dans le visible, avec un maximum d’absorbance à
640 nm, il absorbe principalement les radiations rouges. Il apparaît donc cyan, couleur complémentaire du rouge.
2. Le sirop de menthe absorbe les radiations rouges et bleues, et laisse essentiellement passer les radiations vertes :
il apparaît donc de couleur verte.
3. D’après le doc 4, à la longueur d’onde = 640 nm, la tartrazine n’absorbe pas, alors que le colorant bleu absorbe.
L’absorbance mesurée du sirop de menthe sera donc proportionnelle à la concentration du bleu patenté V d’après la
loi de Beer-Lambert, ce qui permettra de le doser.
N.B. : En outre, cette longueur d’onde correspond au maximum d’absorption du colorant bleu, ce qui abaisse
l’incertitude relative du dosage.
À la longueur d’onde
= 450 nm, l’absorbance de la tartrazine est élevée et le bleu patenté V n’absorbe pas.
L’absorbance mesurée sera donc proportionnelle à la concentration de la tartrazine, ce qui permettra de la doser.
4.
L’absorbance du sirop dilué est (voir construction ci-contre :
A
- A450 = 0,80 pour
= 450 nm,
- A640 = 1,05 pour
= 640 nm.
1,0
0,6
0,2
360
440
520
600
(nm)
680
5. À la longueur d’onde = 450 nm,
seule la tartrazine absorbe la lumière et
A450 = 0,80.
La concentration de tartrazine est (voir
construction ci-contre) :
CT' = 22 mg.L 1
À la longueur d’onde = 640 nm, seule le
bleu patenté V absorbe la lumière et
A640 = 1,05.
La concentration de bleu patenté V est :
CB' = 6,5 mg.L 1
A
2,0
Bleu patenté V
Tartrazine
1,5
1,0
0,5
0
c
0
26
2
4
6
8
10
12
14
16
6.1. En tenant compte du facteur de dilution de 10, il vient : CT = 10. CT' = 22.10 mg.L
1
18
1
20
22
(mg.L
1
)
24
et CB = 10. CB' = 65 mg.L
1
0,0
6.2. L’incertitude relative est de 3 %, cela signifie que :
CT
3
3
3 % soit
CT
C
22.10 1 7 mg .L
CT
100 T 100
1
Mais l'incertitude porte sur l'unité (7 mg.L–1) alors que la mesure a une précision de l'ordre de la dizaine (22.10 1
mg.L–1) donc pour harmoniser on doit encore majorer l'incertitude à 1.10 1 mg.L–1
On obtient donc : CT = (22.10 1 1.101) mg.L 1 = (2,2 0,1).102 mg.L 1
CB
CB
3%
soit
CB
3
CB
100
3
65
100
2 mg .L
1
CB = (65
2) mg.L
1
EXERCICE 2 :
1. En posant n la quantité d’avobenzone contenu dans le volume V de la solution, on a :
c
n
V
m
M
V
m
M.V
1,00.10
3
310,39 100 .10
3
2.1. D’après la loi de Beer-Lambert : A = ..c
A270
0,230
= 270 nm : 270
l.c
1,0 3,22.10
= 380 nm : A380
3,22..10
5
mol .L
7,1.10 3 L.cm 1 .mol
5
2,07.10 4 1,0 3,22.10
380 .l.c
2.2.
(L.cm
1
1
.mol
1
5
1
0,67
)
3,0.104
2,0.104
1,0.104
(nm)
0
250
290
330
370
3. D’après le spectre ci-dessus, l’avobenzone comporte des coefficients d’absorption molaire supérieurs à
104 L.cm 1.mol 1 lorsque la longueur d’onde est comprise entre 320 et 385 nm environ. Cette plage de longueurs d’onde
correspond aux UV-A « longs » d’après le doc 3.
EXERCICE 3 :
1.
2. –OH est le groupe hydroxyle.
3. Cette molécule appartient à la classe fonctionnelle des amides.
Remarque : Elle n’appartient pas à la classe fonctionnelle des alcools, mais à celle des phénols du fait de la fixation
du groupe hydroxyle sur un noyau aromatique.
4. Le paracétamol n’absorbe que des radiations du domaine de l’UV, à des longueurs d’onde inférieures à 300 nm
d’après le spectre UV-visible : la solution n’apparaît donc pas colorée.
5. La bande à 3 600 cm–1 environ correspond à la liaison O H, celle à 3 400 cm–1 à la liaison N H, celle à 3 000 cm–1
aux liaisons C H, celle à 1 750 cm–1 à la liaison C=O et enfin celle à 1 500 cm–1 aux liaisons C=C du cycle.
EXERCICE 4 :
1. Voici les formules topologiques des différents « candidats » :
groupe hydroxyde
n°2 : 3-méthylpentan-3-ol
n°4 : pentanal
groupe ester
n°1 : éthanoate de propyle
n°3 : 2,2-diméthylpropanamide
groupe amide
groupe carbonyle
2. On identifie sur le spectre une bande de forte absorption aux alentours de 1 660 cm-1. Il s'agit donc a priori de la
bande d'absorption d'une liaison C=O, ce qui exclut l'alcool (n°2). Mais d'après les tables, le nombre d'onde ne peut
pas correspondre à la liaison C=O d'un aldéhyde (n°4) ou d'un ester (n°1), puisqu'il serait alors compris entre 1 700
et 1 750 cm-1. Il s'agit donc de l'amide (n°3).
3. Il faut vérifier que les autres bandes d’absorption caractéristiques des amides sont bien présentes sur le spectre IR.
La bande fine et intense qui est centrée autour de 1 620 cm -1 environ correspond à l'absorption d'une liaison N H.
On repère deux bandes larges et intenses pour 3 200 cm-1 et 3 400 cm-1 qui correspondent aussi à l'absorption des
liaisons N H d'un amide.
La bande d’absorption à 3000 cm 1 correspond à l’absorption des liaisons C H contenues dans la molécule n°3.
Auteur
Документ
Catégorie
Без категории
Affichages
7
Taille du fichier
633 Кб
Étiquettes
1/--Pages
signaler