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Contrôle de la qualité par dosage

Introduction

Réaliser un dosage, c’est déterminer avec la plus grande précision possible, la concentration d’une espèce chimique dissoute en solution.

Dosage par étalonnage

Principe

Définition

Réaliser un dosage par étalonnage c’est déterminer la concentration d’une espèce en solution en comparant une grandeur physique caractéristique de la solution, à la même grandeur mesurée pour des solutions étalon.

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La grandeur physique peut être l’absorbance, la conductivité électrique, etc.

On déterminera la concentration soit par lecture sur le graphe ou par calcul à partir de l’équation de modélisation.

C’est une méthode qui ne fait pas intervenir de réaction chimique et donc non destructive (la solution dosée n’a pas été modifiée).

Droite exprimant la concentration en fonction de la grandeur mesurée.

Droite exprimant la concentration en fonction de la grandeur mesurée.

Par spectrophotométrie

En seconde et en première, des échelles de teintes ont été réalisées pour encadrer la concentration d’une espèce colorée en solution.

Échelle de teintes.

Échelle de teintes.

Les différentes teintes de l’échelle ont toutes été réalisées à partir de la solution mère, leurs concentrations sont connues, ce sont dessolutions étalon.

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La mesure de l’absorbance pour chaque solution permet de tracer le graphe A=f(C)A=f(C) avec CC la concentration en soluté coloré.

On remarque alors que l’absorbance est proportionnelle à la concentration.

Définition

Rappel de la loi de Beer-Lambert :

L'absorbance A d’une espèce chimique en solution diluée est proportionnelle à la concentration molaire C de cette espèce :A=kCA=k*C

où :

  • AA est sans unité

  • CC est en mol.L1mol.L^{-1}

  • kk est en L.mol1L.mol^{-1}

Par conductimétrie

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De la même manière que pour la spectrophotométrie, ici on mesure la conductivité σ\sigma d’une solution de concentration inconnue en la comparant avec des conductivités de solutions étalon, de concentrations connues.

Lorsque l’on trace σ=f(C)\sigma=f(C) on remarque que la conductivité est proportionnelle à la concentration.

Définition

Loi de Kohlrausch : la conductivité σ\sigma d’une solution diluée d’une espèce ionique dissoute est proportionnelle à sa concentration molaire en soluté apporté :σ=kC\sigma= k*C

où :

  • σ\sigma est en S.m1S.m^{-1}

  • CC est en mol.L1mol.L^{-1}

  • kk est en S.m1.mol1S.m^{-1}.mol^{-1}

Les deux lois ont des équations analogues et des courbes analogues.

Dosage par titrage direct

Réaction support

Définition

Un dosage par titrage direct est une technique de dosage mettant en jeu une réaction chimique qui doit être quantitative, c’est-à-dire unique, totale et rapide.

Dosage par titrage direct.

Dosage par titrage direct.

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Le réactif titrant de concentration connue va alors réagir avec un réactif titré dont on cherche la concentration.

Selon les circonstances, le réactif titré peut être dans le bécher ou dans la burette.

Les titrages sont suivis par conductimétrie, pH-métrie, colorimétrie, ...

Contrairement au dosage par étalonnage, c’est une méthode destructive puisque l’espèce à doser est consommée.

Équivalence

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L’équivalence d’un titrage est atteinte lorsque l'on a réalisé un mélange stœchiométrique du réactif titrant et du réactif titré.

Les deux réactifs sont alors totalement consommés.

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On peut déterminer les relations entre les quantités de matière de réactif titrant et titré grâce à un tableau d’avancement.

Soit AA le réactif du bécher et BB le réactif de la burette.

Pour une réaction de titrage :aA+bBcC+dDaA + bB \rightarrow cC + dD

A l’équivalence, les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques soit :n0(A)a=n0(B)b\frac{n_0(A)}{a} = \frac{n_0(B)}{b}

Soit :CAVAa=CBVBb\frac{C_A*V_A}{a}=\frac{C_B*V_B}{b}

Titrage par conductimétrie

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Un titrage conductimétrique peut être fait lorsque la réaction de support fait intervenir des ions.
Si au cours d’un titrage conductimétrique la dilution est négligeable, le graphe σ=f(Vreˊactif ajouteˊ\sigma = f(V_{\text{réactif ajouté}}) est constitué de deux droites.

Le point d’intersection de ces droites permet de repérer l’équivalence du titrage.
On note alors VEV_E le volume versé à l’équivalence.

Intersection des deux droites pour repérer l'équivalence.

Intersection des deux droites pour repérer l'équivalence.

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A partir de là, la méthode pour déterminer la concentration du réactif titrée est toujours la même :

  • On part du fait qu’il s’agissait d’un mélange stœechiométrique et donc :CAVAa=CBVBb\frac{C_A*V_A}{a}=\frac{C_B*V_B}{b}

  • Or, on connait les deux volumes, l’un des deux étant le volume équivalent et l’une des concentrations : celle du réactif titrant.

  • Partant de :CAVAa=CBVEb\frac{C_A*V_A}{a}=\frac{C_B*V_E}{b}On a alors :CA=abCBVEVAC_A = \frac{a}{b}*\frac{C_B*V_E}{V_A}

Pour ce qui est de l'interprétation de la droite ci-dessus, le changement de pente de la droite donnant la conductivité en fonction du volume ajouté s’interprète par la disparition totale de l’ion titré et l’ajout, sans consommation, de l’ion titrant.

Ainsi, sur la première portion de droite, le réactif titré et le réactif titrant sont consommés (faisant, le plus souvent, une droite décroissante) puis sur la seconde portion, le réactif titré a disparu et on ajoute du réactif titrant sans qu’il soit consommé (faisant une droite croissante).

Titrage par pH-métrie

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Un titrage pH-métrique peut être envisagé lorsque la réaction support de la réaction est une réaction acido-basique.Lors d’un titrage pHpH-métrique, la brusque variation de pH sur le graphe pH=f(Vreˊactif ajouteˊ)pH = f(V_\text{réactif ajouté}) permet de repérer l’équivalence du titrage.

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Il existe alors deux méthodes pour repérer l’équivalence.

  1. Méthode des tangentes parallèlesOn trace deux tangentes à la courbe, parallèles entre elles, une avant le saut de pHpH, et une après.On trace ensuite une troisième droite parallèle aux deux tangentes et située à équidistance de celles-ci.Son intersection avec la courbe pH=f(Vreˊactif ajouteˊ)pH = f(V_\text{réactif ajouté})détermine le point équivalent dont l’abscisse est le volume à l’équivalence.

  2. Méthode de la courbe dérivéeUn logiciel de traitement de données permet de tracer le graphe dpHdV=f(V)\frac{dpH}{dV}=f(V)Ce graphe a un extremum, dont l’abscisse est le volume équivalent.

Titrage pH-métrique.

Titrage pH-métrique.

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Par la suite, pour déterminer la concentration en réactif titré, il faut reprendre la même méthode qu’avec le titrage par conductimétrie en utilisant l’équation de la réaction.

Titrage par colorimétrie

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Lors d’un titrage par colorimétrie, l’équivalence est repérée par un changement de teinte du mélange réactionnel.Ce repérage peut être facilité par l’utilisation d’un indicateur de fin de réaction.

  • l'apparition d’une teinte

  • la disparition d’une teinte

  • le changement de la couleur

Dans le cas des réactions acido basiques incolores, on peut utiliser un indicateur coloré acido-basique.

Définition

Un indicateur coloré acido-basique est un couple acide/base dont les deux espèces n’ont pas la même teinte.

Si sa zone de virage contient le pHpH à l’équivalence pHEpH_E, il peut être utilisé comme indicateur de fin de réaction.

Expression du résultat

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La concentration de la solution titrée est déterminée avec un intervalle de confiance tenant compte de l’ensemble des sources d’erreurs.Elle sera alors exprimée avec un nombre de chiffres significatifs égal à celui de la donnée la moins précise.

Les sources d’incertitudes et donc d’erreurs sont :

  • les manipulations

  • la méthode de titrage employée

  • la verrerie

Commentaires

Antoine

0
il y a 5 ans
comment faire les exos je suis en mode machine?
Répondre

Hochéa

0
il y a 5 ans
Les échanges au niveau microscopique (modification de fonction, de chaine, polarisation d'une liaison, transferts électroniques), quels et le cours le plus adapter ?
Répondre