Objectifs

• Réaliser et interpréter une chromatographie sur couche mince (CCM), calculer un rapport frontal.
• Définir soluté, solvant, solution et calculer une concentration en masse \(C_m = \dfrac{m}{V}\).
• Préparer une solution par dissolution puis par dilution, utiliser \(C_{m0}\,V_0 = C_{m1}\,V_1\).
• Déterminer une concentration inconnue par un dosage par étalonnage (échelle de teintes ou courbe d'étalonnage).

1. La chromatographie sur couche mince (CCM)

Notions clés

• La phase fixe est la plaque (couche mince de silice ou papier) sur laquelle on dépose les échantillons.
• La phase mobile ou éluant est le solvant qui monte le long de la plaque par capillarité.
• Chaque espèce chimique est entraînée plus ou moins loin par l'éluant : elle migre d'une hauteur qui lui est propre (dans les mêmes conditions).
• Deux taches à la même hauteur correspondent à la même espèce. Un mélange donne plusieurs taches, une espèce pure n'en donne qu'une.
• Le rapport frontal d'une espèce : \[ R_f = \frac{h}{H} \] où \(h\) est la distance parcourue par la tache et \(H\) celle parcourue par l'éluant (front du solvant), toutes deux mesurées depuis la ligne de dépôt. On a toujours \(0 \leqslant R_f \leqslant 1\).

Suis le déroulement de la CCM du sirop de menthe (M), à côté du colorant jaune (J) et du colorant bleu (B) de référence :

Place toi-même les noms sur la plaque après élution :

Exemple résolu 1 : calculer un rapport frontal

Sur une plaque, l'éluant a parcouru \(H = 6{,}0\) cm depuis la ligne de dépôt. La tache jaune est à \(h = 1{,}8\) cm de la ligne de dépôt. Calcule son rapport frontal.

2. Dissolution et concentration en masse

Notions clés

• Le soluté est l'espèce qu'on dissout (le sucre), le solvant est le liquide qui dissout (l'eau). Le mélange homogène obtenu est une solution ; si le solvant est l'eau, c'est une solution aqueuse.
• La concentration en masse d'un soluté (en \(\mathrm{g \cdot L^{-1}}\)) : \[ C_m = \frac{m_{\text{soluté}}}{V_{\text{solution}}} \] avec \(m\) en grammes et \(V\) en litres.
• On ne peut pas dissoudre une quantité illimitée de soluté : au-delà d'une valeur maximale, la solubilité, la solution est saturée et le solide en excès reste au fond.

Protocole de dissolution

flowchart LR
A[Peser le solide] --> B[Verser dans la fiole jaugee]
B --> C[Remplir a moitie d eau et agiter]
C --> D[Completer jusqu au trait de jauge]
D --> E[Boucher et homogeneiser]

Exemple résolu 2 : préparer une solution de sel

Kofi dissout \(5{,}0\) g de sel dans une fiole jaugée de \(250\) mL qu'il complète avec de l'eau. Quelle est la concentration en masse de la solution ?

3. La dilution

Notions clés

• Diluer, c'est ajouter du solvant à une solution mère (concentration \(C_{m0}\)) pour obtenir une solution fille moins concentrée (concentration \(C_{m1}\)).
• La masse de soluté prélevée ne change pas : \(m = C_{m0}\,V_0 = C_{m1}\,V_1\), où \(V_0\) est le volume de solution mère prélevé et \(V_1\) le volume de solution fille.
• Le facteur de dilution : \[ F = \frac{C_{m0}}{C_{m1}} = \frac{V_1}{V_0} \quad (F \gt 1). \]

Exemple résolu 3 : diluer dix fois

On dispose d'une solution mère de sulfate de cuivre à \(C_{m0} = 40\ \mathrm{g \cdot L^{-1}}\). On veut préparer \(V_1 = 100\) mL de solution fille à \(C_{m1} = 4{,}0\ \mathrm{g \cdot L^{-1}}\). Quel volume \(V_0\) faut-il prélever ?

4. Le dosage par étalonnage

Notions clés

• On prépare, souvent par dilution d'une solution mère, une gamme de solutions étalons de concentrations connues.
• On mesure une grandeur qui dépend de la concentration : la teinte (échelle de teintes) ou une grandeur physique comme la masse volumique.
• On trace la courbe d'étalonnage (grandeur mesurée en fonction de \(C_m\)). On mesure ensuite la même grandeur pour la solution inconnue et on lit sa concentration sur la courbe.
• Avec une échelle de teintes, on encadre la concentration inconnue entre celles des deux étalons de teintes les plus proches.

Exemple résolu 4 : doser le sucre d'un jus

Une gamme d'étalons de sucre donne les masses volumiques suivantes (valeurs mesurées en TP) :

Les points sont alignés : la courbe d'étalonnage est la droite \(\rho = 1000 + 0{,}4\,C_m\). Le jus du vendeur a une masse volumique \(\rho = 1020\ \mathrm{g \cdot L^{-1}}\).

Déplace le curseur r (masse volumique mesurée) : la droite horizontale coupe la courbe d'étalonnage à l'abscisse qui donne la concentration cherchée.

Erreurs fréquentes

• Oublier de convertir les millilitres en litres dans \(C_m = \dfrac{m}{V}\).
• Confondre concentration en masse du soluté et masse volumique de la solution.
• Croire qu'une dilution change la masse de soluté : elle ne change que le volume.
• Mesurer \(h\) et \(H\) depuis le bas de la plaque au lieu de la ligne de dépôt.
• Lire une concentration en dehors de la gamme d'étalonnage.

Récapitulatif

• CCM : même hauteur (même \(R_f = \dfrac{h}{H}\)) = même espèce ; plusieurs taches = mélange.
• Concentration en masse : \(C_m = \dfrac{m_{\text{soluté}}}{V_{\text{solution}}}\) en \(\mathrm{g \cdot L^{-1}}\).
• Dilution : \(C_{m0}\,V_0 = C_{m1}\,V_1\) et \(F = \dfrac{C_{m0}}{C_{m1}} = \dfrac{V_1}{V_0}\).
• Dosage par étalonnage : gamme d'étalons, courbe d'étalonnage, lecture de la concentration inconnue.