Molécules organiques de la matière colorée/Exercices/Dosage spectrophotométrique d’une solution de Dakin

Le Dakin est un antiseptique vendu sans ordonnance en pharmacie. Il est facilement identifiable par sa couleur magenta très caractéristique des ions permanganates du permanganate de potassium dissout dans la solution.

Problématique : Quelle est la concentration molaire en permanganate de potassium dans le Dakin ?

Doc. n^o 1. L’absorbance

Spectre d'absorption de la chlorophylle brute

Lorsqu’une lumière incidente polychromatique traverse une solution colorée, les différentes radiations composant la lumière se font plus ou moins absorbées par la solution selon leur longueur d’onde λ. (ex : spectres ci-contre)

On peut alors définir une grandeur appelée absorbance, notée A, qui caractérise la capacité d’une espèce chimique à absorber une radiation de longueur d’onde donnée. Plus une espèce chimique aura tendance à absorber une radiation et plus l’absorbance A pour cette radiation sera élevée. L’absorbance est toujours une valeur positive.

L’appareil permettant de mesurer l’absorbance d’une solution pour une longueur d’onde donnée s’appelle un spectrophotomètre. En lui demandant de mesurer l’absorbance d’une solution pour chaque radiation du domaine visible, on peut alors obtenir le spectre d’absorption ci-contre.

 

Doc. n^o 2. Deux solutions de permanganate de potassium de même volume mais de concentration différente

 

Doc. n^o 3. Matériel mis à disposition

• 1 spectrophotomètre
• cuves de spectrophotomètre
• 2 fioles jaugée de 50,0 mL + bouchon
• 2 fioles jaugée de 100,0 mL + bouchon
• 1 pipette jaugée de 20,0 mL
• 1 pipette jaugée de 10,0 mL
• 1 pipette jaugée de 5,0 mL
• 1 poire d’aspiration
• 2 pipettes souple
• 5 béchers de 25 mL
• 1 crayon à verre
• 1 pot de yaourt
• 1 pissette d’eau distillée
• 1 flaconnet d’une solution de permanganate de potassium à C₀ = 7,0 × 10⁻⁴ mol L⁻¹

 

Doc. n^o 4. Vocabulaire du dosage

Doser une espèce chimique consiste à déterminer sa concentration massique ou molaire dans une solution.

Il existe plusieurs techniques de dosage :

• Dosage par étalonnage (on compare la solution à doser à une gamme de solutions de référence, les solutions étalons)
• Dosage par titrage (le dosage est réalisé en faisant réagir chimiquement l’espèce chimique à doser, c’est une méthode destructive)

 

1. A l’aide du document 1, de la couleur d’une solution de permanganate de potassium et du tableau ci-dessous, faire une hypothèse sur l’intervalle de longueur d’onde où l’absorbance d’une solution de permanganate de potassium est maximale.

   λ (nm)	400-420	420-500	500-575	575-585	585-620	620-750
   couleur	violet	bleu	vert	jaune	orange	rouge

2. A l’aide du document 2 et de votre expérience personnelle, déterminer de quel(s) paramètre(s) dépend l’absorbance d’une solution colorée.
3. Proposer une démarche scientifique permettant de répondre à la problématique.
4. À partir d’une solution mère en permanganate de potassium de concentration molaire C₀ = 7,0 × 10⁻⁴ mol L⁻¹, on souhaite préparer 4 solutions dont la concentration molaire est donnée dans le tableau ci-dessous. Pour chaque solution, et à l’aide du doc. n^o 3, préciser la verrerie (+ le volume avec justification pour la verrerie de précision) à utiliser pour la préparer.

No de la situation	1	2	3	4
C (mol L−1)	3,5 × 10−5	7,0 × 10−5	1,4 × 10−4	2,8 × 10−4

Solution

1. La solution de permanganate de potassium paraît magenta et diffuse la radiation bleue et rouge par synthèse additive. Elle absorbe donc la radiation verte.
2. L'absorption de la solution dépend de la concentration de l'espèce colorée et de l’épaisseur de la solution.
3. On prépare une échelle de teinte, c'est-à-dire plusieurs solutions de permanganate de potassium à concentrations différentes déconnues. Ces solutions s'appellent des solutions étalons. On mesure l'absorption de chaque solution étalon puis on compare ces mesures à l’absorption de Dakin.

4. $F_{1}={\frac {C_{0}}{C_{1}}}={\frac {7,0\times 10^{-4}}{3,5\times 10^{-5}}}=20$

   La solution fille sera 20 fois moins concentrée que la mère donc le volume prélevé (qui correspond au volume de la pipette) devrait être 20 fois plus faible que le volume mère (qui correspond au volume de la fiole).

   $V_{0}=5,0\ {\text{mL}}$

   $V_{1}=20\times 5,0\ {\text{mL}}=100,0\ {\text{mL}}$

   $F_{2}={\frac {C_{0}}{C_{2}}}={\frac {7,0\times 10^{-4}}{7,0\times 10^{-5}}}=10$

   $V_{0}=5,0\ {\text{mL}}$

   $V_{2}=10\times 5,0\ {\text{mL}}=50,0\ {\text{mL}}$

   $F_{3}={\frac {C_{0}}{C_{3}}}={\frac {7,0\times 10^{-4}}{1,4\times 10^{-4}}}=5$

   $V_{0}=10,0\ {\text{mL}}$

   $V_{3}=5\times 10,0\ {\text{mL}}=50,0\ {\text{mL}}$

   $F_{4}={\frac {C_{0}}{C_{3}}}={\frac {7,0\times 10^{-4}}{2,8\times 10^{-4}}}=2,5$

   $V_{0}=10,0+10,0\ {\text{mL}}=20\ {\text{mL}}$

   $V_{4}=2,5\times 20,0\ {\text{mL}}=50,0\ {\text{mL}}$