Cours Analyse spectrale
Exercice

L'énoncé

On s'intéresse dans cet exercice à l'identification d'une espèce en solution. La solution considérée contient du diiode dilué dans de l'eau pure $H_2O,$ en concentration de $10^{-4}$ mol/L.


Question 1

On donne ci-dessous le spectre d'absorption de la solution :

En considérant que les valeurs extrêmes (autour de 300-320 nm et aux alentours de 800 nm) ne sont pas valide, identifier la longueur d'onde du maximum d'absorption de ce spectre.

Rappeler le domaine auquel appartient cette longueur d'onde.

On identifie sur le spectre la longueur d'onde du maximum d'absorption à 350 nm.

Cette longueur d'onde correspond au domaine ultraviolet (UV).

Question 2

Rappeler le lien entre la longueur d'onde du maximum d'absorption et la couleur effective de la solution considérée.

En déduire la couleur de cette solution de diiode.

La couleur de la solution correspond à la couleur complémentaire, sur l'étoile chromatique, de la couleur de longueur d'onde correspondant au maximum d'absorption.

Dans notre cas, la longueur d'onde complémentaire au violet est le jaune.

Question 3

Décrire brièvement le processus expérimental permettant d'obtenir un spectre d'absorption d'une solution.

Rappeler la relation liant l'absorbance aux intensités émises et reçues.

Le processus expérimental consiste à envoyer sur la solution une onde incidente, de longueur d'onde et d'intensité connue. On mesure alors en sortie l'intensité de cette onde.

On utilise ensuite la relation $A = log \dfrac{I_0}{I}$ pour en déduire l'absorbance à une longueur d'onde donnée. Le tracé de cette absorbance pour toutes les longueur d'onde d'une domaine choisi (UV, visible, etc.) permet d'obtenir le spectre d'absorption de la solution.

Question 4

On ajoute de l'eau $H_2O$ pure dans la solution. Quel paramètre (longueur d'onde d'absorption ou absorbance) sera modifié ? Comment va évoluer la valeur mesurée de ce paramètre ?

Le paramètre modifié est l'absorbance. On va observer une diminution de l'absorbance, et l'intensité mesurée va augmenter. En fait, ce phénomène s'explique par le fait que l'eau pure est totalement transparente, et ne va pas interagir avec les autres constituants de la solution. Ainsi, le diiode sera plus dilué, et la lumière aura plus de facilité à traverser la solution.

En revanche, la transparence de l'eau implique que la longueur d'onde du maximum d'absorption ne sera pas modifiée.

Question 5

On ajoute maintenant du bleu de méthylène (de couleur bleue foncée) dilué dans de l'eau pure $H_2O$ à la solution.

La longueur d'onde de la solution va-t-elle être modifiée ? Si oui, donner la couleur résultante (vous pourrez vous servir de l'étoile chromatique).

L'absorbance globale de la solution va-t-elle être modifiée ? Si oui, indiquer comment elle évoluera et sous quelle condition (on attend un résultat qualitatif pour se faire un ordre d'idée).

Oui, la longueur d'onde va être modifiée. La couleur résultante va effectivement évoluer, et correspond à la synthèse additive des couleurs apparentes du diiode et du bleu de méthylène ; on va donc obtenir une solution verte, dont l'intensité dépendra des concentrations de chaque constituants (plutôt vert jaune si le diiode est très présent, ou du vert bleu si le bleu de méthylène est plus présent).

L'absorbance peut être ou ne pas être modifiée, en fonction des concentrations de chaque composé. En effet, si les absorbances dans l'eau des deux composés sont identiques, alors l'intensité lumineuse reçue à travers le mélange sera inchangé, et donc l'absorbance aussi. Si les absorbances sont différentes (par exemple le bleu de méthylène est très concentré et donc très absorbant), l'absorbance résultante sera une moyenne pondérée des deux absorbances prises séparément ; plus on ajoutera de bleu très absorbant, plus la solution sera absorbante, et plus on ajoute de diiode, plus le bleu sera diluée et moins la solution sera absorbante.