Cours - PhyZik

A3
Matières colorées
Comment la chimie peut-elle nous aider pour comprendre et analyser le caractère coloré de la matière ou d’une
substance ? Nous devrons aussi apprendre à décrire l’évolution d’un système chimique.
I – Pigments et colorants
Activité p 74 – ppt colorants et pigments
Les pigments sont des substances finement divisées et insolubles dans le milieu qui les contient. A l’opposé, les
colorants y sont solubles.
Ex 1,5 p 80
II – Extraction et identification de matières colorées
Activité – Extraction des colorants des M&M’s
Extraction :  Le matériau contenant les espèces chimiques colorées est plongé dans un solvant qui les dissout.
Identification :  La chromatographie permet de séparer les différents constituants du mélange de colorants puis de
les identifier par comparaison des rapports frontaux Rf.
Ex 13,16 p 82
Activité – Synthèse d’une matière colorée (Indigo)
III – Réaction chimique
1) Equation d’une réaction chimique
Matériel pour la réaction suivante :
10 mL et C = 10-2mol.L-1
de diiode 𝐼2
25 mL et C = 10-2mol.L-1
de diiode 𝐼2
Dans le bécher 1 : décoloration totale de la solution
de diiode. Le thiosulfate de sodium a consommé tout
le diiode qui a été versé en défaut.
Dans le bécher 2 : le diiode n’est pas totalement
consommé. Il a été versé en excès.
Bécher 1
40 mL et C = 10-2mol.L-1
de thiosulfate de
sodium (𝑁𝑎+ + 𝑆2 𝑂32− )
Bécher 2
Dans le bécher 2 :
État initial
Eau 𝐻2 𝑂
Diiode 𝐼2
Thiosulfate de sodium 𝑁𝑎+ + 𝑆2 𝑂32−
État final
Transformation chimique
Eau 𝐻2 𝑂
Diiode 𝐼2 et ions iodure 𝐼 −
Ions tétrathionate 𝑆4 𝑂62− et sodium 𝑁𝑎+
Réactifs : 𝐼2 et 𝑆2 𝑂32−
Produits : 𝐼 − et 𝑆4 𝑂62−
Equation de la réaction chimique :
Réactifs → Produits
𝐼2 + 2𝑆2 𝑂32− → 2𝐼 − + 𝑆4 𝑂62−
Dans l’équation d’une réaction chimique, il faut respecter la conservation de la charge et des atomes à l’aide des
coefficients stœchiométriques.
Ex : 2𝐴𝑔+ + 𝐶𝑢 → 2𝐴𝑔 + 𝐶𝑢2+
3𝐶𝑎2+ + 2𝑃𝑂43− → 𝐶𝑎3 (𝑃𝑂4 )2
2) Interprétation de la réaction à l’aide de l’équation
a) Evolution du système chimique
Matériel pour la réaction suivante :
10 mL et C = 10-2mol.L-1 d’iodure
de potassium (𝐾 + + 𝐼 − )
Coloration lente due à l’apparition de diiode 𝐼2 .
L’intensité de la coloration rend compte de l’évolution de la réaction :
𝑆2 𝑂82− + 2𝐼 − → 𝐼2 + 2𝑆𝑂42−
40 mL et C = 10-2mol.L-1 de
peroxodisulfate de
potassium (2𝐾 + + 𝑆2 𝑂82− )
Les réactifs disparaissent et les produits apparaissent en respectant la
stœchiométrie de la réaction :
x mol de 𝑆2 𝑂82− réagissent avec 2x mol d’𝐼 − pour donner x mol de 𝐼2 et 2x
mol de 𝑆𝑂42− .
b) Bilan de quantité de matière
L’évolution de la réaction peut être décrite dans un tableau d’avancement :
𝑆2 𝑂82−
+
2𝐼 −
→
𝐼2
+
Etat
avancement
Quantités de matière (mol)
initial
0
0,1
0,2
0
en cours
x
0,1 − 𝑥
0,2 − 2𝑥
𝑥
final
0
0
0,1
𝑥𝑚𝑎𝑥 = 0,1 𝑚𝑜𝑙
2𝑆𝑂42−
0
2𝑥
0,2
x est l’avancement et est exprimé en mol. Il permet de décrire l’évolution de la réaction.
Quand la réaction est-elle terminée ?
Quand l’un des réactifs a disparu :
 Si 𝑛𝑆2 𝑂82− = 0 alors 0,1 − 𝑥 = 0 soit 𝑥 = 0,1 𝑚𝑜𝑙
 Si 𝑛𝐼− = 0 alors 0,2 − 2𝑥 = 0 soit 𝑥 = 0,1 𝑚𝑜𝑙
L’avancement maximal est 𝑥𝑚𝑎𝑥 = 0,1 𝑚𝑜𝑙.
Ici, tous les réactifs ont été consommés, car ils étaient en proportions stœchiométriques.
Nous dirons que 0,1 mol de 𝑆2 𝑂82− réagissent avec 0,2 mol d’𝐼 − pour donner 0,1 mol de 𝐼2 et 0,2 mol de 𝑆𝑂42−.
Remarque importante : Seuls des nombres de moles doivent figurer dans un tableau d’avancement. L est possible de
les déterminer si nécessaire à l’aide des formules suivantes :
𝑚
𝑉
𝑛 = 𝑀 , 𝑛 = 𝐶. 𝑉 et 𝑛 = 𝑉 pour les gaz.
𝑚
Poly d’exemples avec des tableaux à remplir
c) Cas des mélanges non-stœchiométriques
En général, les quantités de matière initiales des réactifs ne correspondent pas aux coefficients stœchiométriques.
Exemple :
𝑆2 𝑂82−
+
2𝐼 −
→
𝐼2
+
2𝑆𝑂42−
Etat
avancement
Quantités de matière (mol)
initial
0
0,1
0,4
0
0
en cours
𝑥
0,1 − 𝑥
0,4 − 2𝑥
𝑥
2𝑥
final
0
0,2
0,1
0,2
𝑥𝑚𝑎𝑥 = 0,1 𝑚𝑜𝑙

Si 𝑆2 𝑂82− a été entièrement consommé :
𝑛𝑆2 𝑂82− = 0,1 − 𝑥 = 0 => 𝑥𝑚𝑎𝑥 = 0,1 𝑚𝑜𝑙
 Si c’est 𝐼− qui a été entièrement consommé :
0,4
𝑛𝐼− = 0,4 − 2𝑥 = 0 => 𝑥𝑚𝑎𝑥 = 2 = 0,2 𝑚𝑜𝑙
La valeur maximale qui peut être atteinte par l’avancement es 𝑥𝑚𝑎𝑥 = 0,1 𝑚𝑜𝑙 et l’état final est complété avec
cette valeur de 𝑥
Nous dirons que :
𝐼 − est le réactif en excès et 𝑆2 𝑂82−
est le réactif en défaut.
Poly d’exemples de mélanges non-stœchiométriques
IV – Absorbance d’une solution colorée
1) Définition
Expérience : Spectre d’absorption d’une solution de KMnO4 à deux concentrations différentes et une de CuSO4
Une solution colorée absorbe certaines radiations de la lumière blanche. Le spectre obtenu est son spectre
d’absorption.
L’absorbance notée A est la proportion de lumière absorbée par une solution à une longueur d’onde λ donnée.
Elle dépend également de la concentration de la solution.
Loi de Beer-Lambert :
A = k.C
pour une longueur d’onde donnée
avec A absorbance sans unité
C en mol.L-1
Ex 7,8 p 95
2) Mesure
On utilise un spectrophotomètre qui permet de mesurer
l’absorbance A d’une solution.
Exemple : Spectre d’absorption d’une solution de permanganate
de potassium: A = f(λ)
Pour réaliser des mesures d’absorbance, le spectrophotomètre
et réglé sur la longueur d’onde λmax correspondant au maximum
d’absorption de la solution étudiée.
Pour le spectre précédent : λmax = 540 nm.
Nous pouvons alors mesurer l’absorbance en fonction de la
concentration de la solution A = f(C)
Ex 10,11 p 81
Ex 11 p 95
3) Application au dosage
Activité - Dosage du Dakin
Doser une espèce chimique en solution consiste à déterminer sa concentration C. Si elle est colorée, nous pouvons
effectuer un dosage spectrophotométrique par étalonnage.