Home

travaux pratiques de chimie minerale

1. mission atomique Les alcalins ou les alcalino terreux rayonnent aussi beaucoup d nergie la temp rature du four Leur rayonnement viendra donc s ajouter au rayonnement de la lampe et donc se soustraire au signal d absorption La loi de Beer Lambert n est alors plus respect e On peut mettre profit ce rayonnement thermique en mesurant non plus l absorption mais l mission atomique Les meilleures r sultats sont obtenus en chauffant l analyte plusieurs milliers de degr s entre 7000 et 10000 K l aide d un plasma d argon Il est possible ainsi de mesurer l intensit de plusieurs dizaines de millier de raies atomiques en m me temps et donc d analyser presque l ensemble du tableau p riodique Manipulation propos e On se propose dans le cadre de ce TP de mesurer la concentration en plomb mangan se fer cuivre zinc etc d eau du robinet et de mat riaux quelconques par exemple de l herbe du bois des feuilles des os ou autre On proc dera une mise en solution des m taux par attaque acide chaud des chantillons solides mettre environ 200 mg d chantillon dans un erlenmeyer puis y rajouter 5 mL d eau distill e et avec pr caution 15 mL d acide nitrique concentr Chauffer rapidement bullition douce pendant l heure jusqu obtention d une solution claire Porter les chantillons 100 ml en diluant avec de l eau et en vitant de r cup rer les parties encore solides s il en reste Voir le premier TP
2. Licence de Chimie physique TP N 3 ANALYSE DE M TAUX EN ABSORPTION ATOMIQUE Pr sentation g n rale L absorption atomique est une m thode g n rale d analyse l mentaire On utilise l absorption r sonnante des atomes avec leur propre radiation d mission Lorsque l on chauffe suffisamment un chantillon contenant le m tal tudi sous forme dissoute celui ci se vaporise et une partie des l ments constitutifs de cet chantillon se retrouve sous forme d un gaz d atome On mesure la concentration d un atome d un l ment particulier de ce gaz par l absorption qu il induit sur un rayonnement d une longueur d onde caract ristique La figure suivante est un sch ma synoptique d un spectrom tre d absorption atomique E Spectrom tre Dispositif Source d atomisation Syst me d enregistrement Spectrom tre d absorption atomique La source est constitu e du m tal que l on d sire analyser Lorsque celui ci est convenablement excit il met une s rie de raies tr s fines dont la longueur d onde est caract ristique de l l ment chimique celles ci ne sont en g n ral absorb que par un atome du m me l ment Le terme en g n ral signifie seulement qu il y a parfois des co ncidences entre une raie d un l ment A et une raie d un autre l ment B Si on a choisi d analyser l l ment A sur cette raie particuli re alors la pr sence de B sera d tect e comme tant du A On appelle cette c
3. Ce min ral est un constituant de l mail dentaire et des os En chimie on s en sert sous la forme du pentachlorure PCI comme agent chlorurant de mol cules organiques ou de decaoxyde de t traphosphore P4010 comme dess chant extr mement efficace Les polyphosphates obtenus par d shydratation intermol culaire de l acide phosphorique sont des agents ch latants en solution aqueuse Ils sont tr s efficaces avec les alcalino terreux et particuli rement le calcium Ca On en a donc beaucoup mis dans les lessives les anti calcaire et les adoucissants de linge o ils ont montr leur efficacit Malheureusement le phosphore tant assez rare dans l environnement c est souvent un facteur limitant dans la croissance des biotopes lacustres qui ont d velopp toutes sortes de proc d s pour le conserver Un apport massif de phosphate dilu dans les rejets domestiques va compl tement d sorienter ces cosyst mes et peut aboutir leur destruction rapide par un large exc s de croissance v g tale qui va finir par consommer tout l oxyg ne dissout dans l eau en pourrissant On parle alors de l eutrophisation du lac dans lequel tous les animaux vont mourir par manque d oxyg ne qui va d gager une odeur putride phosphines sulfures organiques et o ne vont subsister que les quelques rares esp ces v g tales de surface Pr paration du r actif combin Un r actif dit combin est pr par le jour m me en m langeant d abord 10 m
4. DataRead s occupe de la lecture des donn es Paste From Clp importe des donn es plac es dans le presse papier Customize appelle la fen tre commentaires PortCom choisit le port de communication utilis pour communiquer avec le module Open Port lance la connexion avec le module Close Port interrompt la connexion Help Aide CookBook reprend les conditions d analyse standard de quelques l ments TRES UTILE Command Line r sume les ordres de la ligne de commande Page 18 Impression du 03 04 03
5. cet acide dans la solution pr c dente et compl ter 1 L On peut stocker cette solution plusieurs mois Solution de tartrate de sodium 280 g L stable au moins 3 mois Solution r ductrice dissoudre 2 5 g de sulfite de sodium 0 2 g de Photorex et 14 g de metabisulfite de potassium dans 100 ml d eau Cette solution n est stable qu une semaine Protocole mettre 20 mL d chantillon analyser dans une fiole de 100 mL compl ter l eau pour avoir 80 mL environ Ajouter 2 5 mL de solution de molybdate acidifi puis 10 mn apr s 2 5 mL de tartrate 5 mn apr s ajouter 2 0 mL de solution r ductrice puis compl ter imm diatement 100 mL en agitant bien chaque fois Porter 60 C au bain marie pendant heure refroidir dans la glace et mesurer l absorbance 820 nm de l acide B silicomolybdique H4Si Mo3010 4 r duit Mo Mo On peut adapter ce protocole en mettant de 1 80 mL d chantillon avant d y ajouter les r actifs colorants Pour un m me chantillon l intensit de la coloration obtenue peut alors varier d un facteur 80 On mettra cette possibilit profit pour effectuer l talonnage d crit dans la suite du texte M thode d talonnage Il faut trouver la relation entre l intensit de la coloration et la concentration en silice dissoute Pour cela on dispose de silice pure tr s divis e usage chromatographique Pour pr parer une solution talon on met au bain de sable 100 C dans u
6. d crit pour fabriquer l talon de silice La soude a aussi l avantage de d truire le squelette de cellulose des cellules Porter le tout 100 ml en vitant d y mettre les morceaux de v g taux restant Doser la silice dissoute dans cette solution Si celle ci est naturellement color e tannins du bois chlorophylle des parties vertes en mesurer l absorbance en la diluant dans les m mes proportions que pour l analyse mais sans mettre les r actifs colorants On pourra alors la soustraire la mesure finale pour obtenir l absorbance due au complexe de silice Attention il faut aussi tenir compte de l absorbance des r actifs Donner alors le pourcentage massique de silice SiO dans la plante ou la substance Comparer aux valeurs publi es dans la litt rature Afin de tester la r p tabilit de la m thode effectuer plusieurs mesures ind pendantes pour un m me chantillon et aussi pour une m me solution talon L cart type exp rimental sur les teneurs en silice mesur es donne alors une valeur de la r p tabilit de la mesure et donc de i ee 7 y Xi m l incertitude sur la valeur de la teneur en silice des chantillons a m est la valeur Page 5 Impression du 03 04 03 Travaux pratiques de chimie min rale Universit de Marne la Vall e Licence de Chimie physique moyenne n le nombre de mesures et xi la valeur de la concentration mesur e pour la d termination 1 Si on a le temps et le mat
7. de l eau pure 20 C En revanche de grandes quantit s de quartz peuvent tre dissoutes plus rapidement dans des couches plus profondes de l corce terrestre des temp rature et donc des pressions tr s lev es proche du point critique de l eau et en milieu basique De tels coulements g othermiques s acidifiant lentement donnent en quelques dizaine de milliers d ann es de beaux cristaux de quartz que l on peut exposer dans des mus es s ils sont tr s purs ou bien fondre vers 1600 C pour en faire des instruments divers pour la chimie ou encore l industrie de l clairage ampoules halog nes par exemple Contrairement au verre qui poss de un large domaine de temp rature o 1l se ramollit et o on peut le souffler facilement le quartz n est mall able que dans un domaine de temp rature tr s troit C est cette difficult de travail qui en fait un mat riau co teux un b cher en quartz de 150 ml co te 10 fois le prix du m me en PyrexTM Les torrents et les rivi res rodent la surface de la terre entra nant la roche des reliefs vers les embouchures des fleuves Cette rosion n est transport e que pour les 2 3 sous forme de granulats rosion m canique solides bien visibles alors qu environ 1 3 des mat riaux est dissout pendant son transport rosion chimique L rosion m canique appauvrira la surface des montagnes en ses composantes les plus friables alors que l rosion chimique le fera
8. pour plus de d tails Puis diluer par 10 100 et 1000 avec de l acide nitrique 0 1 M environ pour l analyse On fera aussi pour chaque s rie de manipulation un blanc o on analysera un chantillon compos uniquement d eau et d acide nitrique La sensibilit de la technique tant tr s grande il est indispensable de n utiliser que de la verrerie soigneusement lav e l acide 0 1 M et abondamment rinc e l eau purifi e Page 16 Impression du 03 04 03 Travaux pratiques de chimie min rale Universit de Marne la Vall e Licence de Chimie physique Mode d emploi du programme d acquisition de l absorption atomique GFAAS EXE Principe le programme enregistre le signal de sortie de l absorption atomique raison d une mesure par seconde Cette lecture est affich e en permanence dans la fen tre Signal sous la forme d un papier d enregistrement mais n est pas conserv e sous forme de fichier On peut faire d filer ce papier l aide du bouton de d filement horizontal Le bouton de d filement vertical d cale la ligne de base de l enregistreur et les boutons et effectuent un zoom de sensibilit d un facteur 2 chaque fois jouant sur l chelle verticale Pendant l tape d atomisation le rythme de lecture passe 5 mesures par seconde et le signal est m moris sous forme de fichier Le syst me reconna t qu il doit mettre le signal en m moire lorsque la touche REC du four est allum e Il est con
9. pour ses composant les plus solubles ou les moins insolubles Mis part les halog nes alcalins et les alcalino terreux largement transport s vers les oc ans avec un faible espoir de retour sur les hauteurs le silicium sous forme de silice est parmi les l ments les moins insolubles En effet il s hydrate pour former l acide orthosilicique Si OH qui est sa forme pr dominante en solution aqueuse Si la concentration augmente au del de 100 mg L alors on peut voir appara tre des dim res par d shydratation OH Si O Si OH qui voluent rapidement vers de longues cha nes collo dales qui pr cipitent en gels gels de silice par r ticulation Ces gels sont fortement hygroscopiques et servent de dess chants On y rajoute parfois des sels de cobalt bleus quand ils sont secs et roses quand le gel se sature en mol cules d eau Si on augmente l alcalinit de l eau jusqu un pH sup rieur 9 l acide s ionise et la solubilit de l oxyde de silicium croit alors fortement Les polym res n y sont plus stables et on observe en solution des ions silicate Si OH 0 Si OH gt 0 etc On utilise aussi parfois le silicate de sodium ou de potassium comme base dans les lessives ou dans les d capants de peinture par exemple Sa solubilit moyenne dans l eau permet l l ment silicium d tre pr sent partout sur terre la fois sur les continents et dans les oc ans Les v g taux l ont alors largem
10. re transmise Pour utiliser cet appareil il est n cessaire de faire le z ro de temps en temps avec une cuve remplie d eau On fixe ainsi la valeur de I L appareil affiche alors log 1 I On vitera soigneusement la pr sence de bulles et de traces sur les parois transparentes de la cuve Page 7 Impression du 03 04 03 Travaux pratiques de chimie min rale Universit de Marne la Vall e Licence de Chimie physique TP N 2 LES COMPLEXES SYNTH SE ET ANALYSE SPECTRES Synth se et analyse d un complexe Chlorure d hexaamine nickel Il Ni NH Cl L analyse du complexe consistera v rifier sur le compos issu du laboratoire la pr sence de six ligands amine Chacune des m thodes mises en oeuvre nous donnera une valeur exp rimentale de la masse molaire A partir de son expression Mexp 17n 129 6 en g mol on pourra calculer la valeur de n qui est le nombre de ligands Premi re partie Synth se Mode op ratoire Dissoudre 2g de chlorure de nickel hexahydrat NiCl 6 H2O dans un erlenmeyer avec 2 3mL d eau distill e et agiter jusqu dissolution compl te En travaillant sous la hotte verser 10 mL d ammoniaque concentr e puis ajouter 2mL de chlorure d ammonium 4mol L Bien agiter et laisser reposer quinze vingt minutes apr s avoir plong l erlenmeyer dans un cristallisoir contenant de la glace Filtrer le pr cipit violet sur un verre fritt n 3 en utilisant l aspiration par une
11. riel on pourra br ler une quantit connue de plante dans un t t combustion au four 600 C et en peser les cendre On a alors transform tout le carbone organique en dioxyde gazeux On obtiendra alors la part de silice dans ce qui est appel le r sidu inorganique Dosage des phosphates On emploiera la m thode du complexe au molybdate d ammonium d crite par Murphy et Riley 1962 Dans certaines conditions la r action du molybdate d ammonium et des phosphates produit quantitativement un complexe bleu Le phosphore est un l ment indispensable la vie en combinaison avec des prot ines dans diverses bio mol cules et particuli rement l Ad nosine TriPhosphate ATP et Ad nosine DiPhosphate ADT qui stockent l nergie dont ont besoin les cellules pour vivre Il peut tre aussi un poison violent sous forme de phosphines l quivalent des amines en rempla ant l atome d azote par un atome de phosphore ou d autres organo phosphor s utilis s comme pesticides ou malheureusement comme neurotoxiques pour la guerre chimique Indispensable la vie il n est pas toujours pr sent en quantit s satisfaisantes pour l agriculture et fait partie sous forme de phosphates de la composition des engrais Il forme des sels tr s stables avec les m taux bivalents donc particuli rement les alcalino terreux A l tat naturel on le trouve dans divers min raux sous la forme de phosphates par exemple dans la fluoroapatite 3Ca PO CaF
12. trompe vide laver l ammoniaque concentr e l alcool puis l ther en utilisant seulement quelques mL de chacun de ces solvants et en respectant l ordre indiqu S cher le solide entre deux feuilles de papier filtre puis l tuve le peser Observer les cristaux la loupe binoculaire et les d crire Le bilan de r action de cette synth se est Ni H0 2 CT 6 NH Ni NH s 2 CT 6 HO Calculer le rendement de votre synth se Deuxi me partie Dosage complexom trique Principe Il s agit de v rifier que le nombre de ligands n est bien gal 6 Pour cela on dosera les ions Ni contenus dans le complexe La constante de formation du complexe Ni NH 67 est Ni 6 NH Ni NH 6 log B6 8 5 Les ions nickel II donnent avec la murexide purpurate d ammonium un complexe de couleur orange H O O H N N 0 N o gt NH N N N 74 vi Formule de la murexide o O En notant Mu l ion purpurate de couleur violette le bilan de formation de ce complexe s crit Ni Mu NiMu log B 11 3 Les ions nickel se complexent galement avec l EDTA acide thyl ne diamine t traac tique Il s agit d un t traacide qui pH voisin de 10 existe majoritairement sous la forme OOE H CH COOH TE Po HT 2 CH COOH ef qui sera not e H Y Le bilan de la formation du complexe de couleur bleue obtenu par action sur les ions nickel est Page 8 Impression du 03 04 03 Travaux pratiq
13. L d acide sulfurique 50 avec 50 mL d eau Puis apr s avoir refroidi l ensemble dans la glace pour combattre l chauffement d la dissolution de l acide sulfurique nous rajoutons 1 g de molybdate d ammonium et 40 mg de tartrate double d antimoine et de potassium l antimoine catalysant la formation du phospho molybdate On porte ensuite 100 mL avec de l eau Nous pr parons en m me temps 100 mL d une solution d acide ascorbique 20 g L Nous mesurons 885 nm la coloration bleue du phospho molybdate d ammonium 30 mn apr s avoir port 25 mL 15 ml d chantillon additionn de 1 ml d acide ascorbique et de 4 ml de r actif combin Cette dur e de 30 mn correspond temp rature ambiante au compromis entre les vitesses Page 6 Impression du 03 04 03 Travaux pratiques de chimie min rale Universit de Marne la Vall e Licence de Chimie physique de formation et de destruction du complexe color La gamme talon est fabriqu e par dilution d une solution m re de phosphate de sodium On proc dera comme pour la silice aussi bien pour la gamme d talonnage que pour le dosage des chantillons Contrairement la silice les phosphates sont bien plus solubles en milieu acide qu en milieu basique On proc dera donc une attaque acide des chantillons en rajoutant 5 mL d eau et 15 ml d acide nitrique concentr 200 mg de mati re s che Bien chauffer bullition On pourra aussi doser cet l ment d
14. Travaux pratiques de chimie min rale Universit de Marne la Vall e Licence de Chimie physique Universit de Marne la Vall e Ann e 2002 2003 LICENCE DE CHIMIE PHYSIQUE TRAVAUX PRATIQUES DE CHIMIE MINERALE R Losno Page 1 Impression du 03 04 03 Travaux pratiques de chimie min rale Universit de Marne la Vall e Licence de Chimie physique SOMMAIRE ins E AE EE E son benne none enes nee ete nine E A dt ed etes nds ten E een don seen en ten sn teen EE 3 TP N 1 DOSAGES COLORIMETRIQUES SILICE SIO2 ET PHOSPHATES PO HPO see sousrsneunersensese 4 LASTIGE n ie AA nn ee ee Le Re ten ne Re ne ne Mdr en er Ne ne 4 R ACTIFS UTILIS ES Eee ere Ne RS ae ee Ne A nt MN tt nue eee ne 5 M THODE D TALONNAGES Se NS Ne Re tn a all tint 0 5 DOSAGE DES PHOSPHATES LS Men nn de ER ne SE Se nn A Ne ie Ai 7 PR PARATION DU R ACTIF COMBIN aere ee net A RER Me A SE ne Re ne enr ne nr ne 7 R F RENGES DS al de te tte 8 PRINCIPE DU COLORIMEIRE LE SN Re nr Ne Se At ten Rte AE PAT EN Rte ne EA en et ee es ee 8 TP N 2 LES COMPLEXES SYNTH SE ET ANALYSE SPECTRES suunennmnnnnes 9 SYNTH SE ET ANALYSE D UN COMPLEXE CHLORURE D HEXAAMINE NICKEL M NI NH3 6CL o seseeeeeseeeesesesreresesesreresesese 9 PREMI RE PARTIE SYNTH SE 55e ns ee EA EE ns UE 9 Mode op ratoires SR RSR eee ee Re nee NAE NAE a 9 DEUXI ME PARTIE DOSAGE COMPLEXOM TRIQUE rereeeeeneenrennennennenneneeeeneneneneneneneneneneneneneneeenenennene
15. ans deux lessives un anti calcaire un adoucissant ou un engrais pour les plantes R f rences Morrison LR and Wilson A L The Absorptimetric Determination of Silicon in Water Part I Formation Stability and Reduction of amp and B Molybdosilicic Acids Analyst 88 88 99 F vrier 1963 Morrison LR and Wilson A L The Absorptimetric Determination of Silicon in Water Part II Method for determining Reactive Silicon in Power Station Waters Analyst 88 100 104 F vrier 1963 Morrison LR and Wilson A L The Absorptimetric Determination of Silicon in Water Part I Method for determining the total silicon content Analyst 88 446 455 Juin 1963 Morrison LR and Wilson A L The Absorptimetric Determination of Silicon in Water Part IV Method for determining Reactive Silicon in Power Station Waters Containing Phosphate Analyst 88 100 104 Octobre 1963 E Merck Darmstadt Silicon Application Note for Aquaquant 14410 Microquant 14792 and Spectroquant 14794 1989 Pascal P Nouveau trait de Chimie Min rale Le silicium Masson et Cie 1963 Murphy J and Riley J P Amodified single solution method for the determination of phosphate in natural water Analitical Chimica Acta 27 31 36 1962 Principe du colorim tre gt EC es lampe cuve photodiode condenseur filtre color La photodiode d livre un courant proportionnel l intensit lumineuse c est dire la lumi
16. ce pure une concentration connue comprise dans la gamme de mesure et tester la valeur de l talonnage avec cette solution Faire de m me avec une solution de soude pure pour v rifier l absence de contamination par la silice dans la soude et ou le mat riel ayant servi effectuer les pr parations Absorbance PRINCIPE D UN TALONNAGE Y mesur Ne Y aX b F concentration X calcul Mesurer alors directement la silice dissoute dans l eau du robinet et diff rentes eaux min rales Attention pour les eaux riches il faudra faire une dilution Discuter de ces valeurs avec la provenance de l eau nature du sol et des roches de la r gion de production Peser un grand b cher propre y mettre 50 ml d eau et laisser vaporer sec tuve 105 C Peser le b cher refroidi et en d duire le r sidu sec En d duire la part de la silice dans ce r sidu Pour obtenir des valeurs de concentration dans les v g taux il faut d abord les laver et les s cher pour pouvoir ramener le de silice la mati re s che Peser environ 1 g de feuilles de bois d herbe ou d autre mat riau Passer l tuve 105 C pendant 1 heure jusqu un bon s chage apr s les avoir rapidement nettoy s pour en enlever les particules de poussi re ou de terre Peser alors les v g taux ass ch s on obtient la perte en eau Piler les v g taux secs puis en choisir environ 200 mg peser avec pr cision et l attaquer la soude comme il a t
17. e la lampe On peut utiliser soit une flamme air ac tyl ne ou N O ac tyl ne absorption atomique en flamme ou FAAS soit un tout petit four en graphite absorption atomique sans flamme ou GFAAS le four a des dimensions de l ordre du cm Ces deux dispositifs permettent de porter l chantillon rapidement des temp ratures de l ordre de 1500 3000 C L chantillon le plus souvent introduit sous la forme d une solution aqueuse doit subir un traitement thermique avant son atomisation pour le porter dans un tat chimique reproductible Dans le cas de la flamme l chantillon est pulv ris en fines gouttelettes dans le flux des gaz br ler s y dess che en laissant un a rosol solide de sels tr s fin et s chauffe brutalement au contact des gaz de combustion Ceux ci apportent la chaleur n cessaire l atomisation de l l ment sous forme gazeuse et les r ducteurs pour transformer les cations en atomes Dans le cas du four l chantillon est introduit au milieu du four en graphite sous la forme d une goutte calibr e Il subit alors un chauffement contr l destin tout d abord vaporer le solvant la plupart du temps l eau puis calciner les sels form s transformation en compos s le plus simple possible les r duire au contact du carbone et enfin atomiser ce qui reste de l chantillon Le four est donc programmable en temp rature de l ambiante plus de 3000 C Pour viter que le four en carbone ne se cons
18. ennennene 9 PIMC E ER SR ee Rene ee ne 9 MO Op TOOITE SR RS EE EA A nee a ee AA ns 10 TROISI ME PARTIE DOSAGE ACIDO BASIQUE ssenenenenenreneeeennennennennennennenenenenenenenenenenenenenenenenneeenennennnes 10 PINCIDE nn ne tn 10 Mode op ratoirers ss et Enr ne a Re E 10 SPECTRES LECTRONIQUES 58 ct RE CE A Re O 11 Complexes A etudie Posee eate en AR nn D AS Ea A A RAA ne et ne 11 TP N 3 ANALYSE DE M TAUX EN ABSORPTION ATOMIQUE useusenreuennnnnennnnnnnnnee 14 PR SENTATION G N RALE 12855 in a ne a RE Ne Re ne ne ns rune 14 LA SOURCE D RAIES ATOMIQUES ne a MR nr nn Re An ln nn E dt ne 15 E DISPOSITIF D ATOMISATION MOE ae Ml ane E ne Men Re Mel ne Men Mn ne 15 BIE h EA h DDI e A NN Re MR Ne nn ER A E nt EN An RE nn Mn en EN An nn 16 L ENREGISTREMENT DU SIGNAL name ane i nine ir ne ne ee nt ne ner nee nan nn eee nie nn ten Eaei 17 TIVIN A TOMIQUE SE dd ds Us ue ue 17 MANIPULATION PROPOS ES nonnen n ORORO RERU en nn en ne nee nr ne te nine ne tite in aie dns 17 Principes et organisation de ces travaux pratiques Les manipulations propos es sont pr vues pour durer une journ e enti re la pause de midi devant tre mise profit pour laisser se produire des s chages attaques lentes ou autre Il ne sera pas possible de rendre un travail satisfaisant sans une r elle pr paration du sujet Pour pouvoir r diger un compte rendu correct il sera n cessaire de prendre des notes le plus d taill possible de toutes les tapes diffic
19. ent utilis et il participe activement la structure ligneuse des plantes et aussi au squelette du plancton marin Entre autre la duret de l oxyde de silicium prot ge les herbes de la voracit herbivores en usant r guli rement leur dents On trouvera donc davantage de silice dans les herbes que dans les feuilles Dans ce TP on va utiliser une m thode de dosage de l acide orthosilicique ou des silicates en exploitant la coloration bleu d un complexe obtenu par r duction de la combinaison de cet acide Page 3 Impression du 03 04 03 Travaux pratiques de chimie min rale Universit de Marne la Vall e Licence de Chimie physique avec l ion heptamolybdate On pourra ainsi mesurer par exemple la concentration en silice dissoute dans des eaux min rales rarement indiqu e sur les bouteilles si ce n est de mani re allusive r sidu sec l eau du robinet pas beaucoup Paris et apr s une pr paration ad quate dans diff rents v g taux bois feuille herbe ou encore d autre mati re os viande insecte etc R actifs utilis s ATTENTION ne pas utiliser d ustensiles en verre La plupart de ces solutions seront pr tes l emploi Solution acide de molybdate d amonium dissoudre 89g de molybdate d ammonium NH4 2M00 7H20 dans environ 800 mL d eau verser 62 mL d acide sulfurique 98 dans 80 mL d eau dans un bain d eau froide pour viter une l vation de temp rature trop forte Verser
20. introduire quelques gouttes de rouge de m thyle pour servir d indicateur color Quelle est la r action de dosage Calculer le pH l quivalence Pourquoi utilise t on le rouge de m thyle Page 9 Impression du 03 04 03 Travaux pratiques de chimie min rale Universit de Marne la Vall e Licence de Chimie physique Spectres lectroniques On va tout d abord fabriquer des solutions contenant les complexes observer mais on commencera par prendre le spectre du complexe synth tis en ayant r cup r une partie de la liqueur filtr e Complexes tudier Cu H0 Ti HLO s Cr H0 Mn H20 6 Ni H20 6 Ni NH3 Cu NE 4 Fe Cl H0 Fe Cl H0 FeBr H 0 et Fel H0 Et aussi Ni EDTA Cu EDTA Pour les diff rents complexes Fe Cl H0 7 fabriquer des solutions concentration en chlorure variable pour d convoluer les spectres Pr parer les complexes en solution aqueuse partir de solutions 1 g L du m tal et de ligands chlorhydrique CT ammoniac EDTA et soude Diluer les solutions la bonne absorbance en conservant une concentration suffisante l anion complexant D tailler les calculs qui ont d termin les concentrations choisies Interpr ter les spectres l aide des diagrammes d Orgel ou de Tanab Sugano pour en d duire le A et ventuellement le param tre B des diff rents complexes form s Mesurer aussi la valeur de pour les maxima des ba
21. n flacon en T flon 100 mg de silice avec 4 g de soude en pastille et on rajoute juste assez d eau pour d liter l ensemble A cette temp rature on obtient au bout d une heure ou deux un gel de silicate que l on porte 1 L dans une fiole en plastique Quelle est la r action qui a eu lieu On peut donc utiliser cette solution 100 ppm 100 mg L de silice S10 La premi re op ration consiste cerner le domaine d applicabilit de la m thode c est dire la gamme de concentration o on pourra appliquer la loi de Beer Lambert g n ralement pour une absorbance inf rieure 1 Pour cela pr parer des solutions color es correspondant 50 ppm 5 ppm 0 5 ppm et 0 05 ppm En d duire un ensemble de 5 concentrations r guli rement espac es qui permettront d tablir une relation lin aire entre l absorbance A et la concentration C de la silice pour 20 ml d chantillon Faire aussi une solution o C 0 Pour effectuer cette gamme d talonnage on ne pr parera pas des solutions de concentration vari es mais on utilisera la possibilit offerte de mettre de 1 80 ml d chantillon On appelle cela une gamme d talonnage Prendre un point une Page 4 Impression du 03 04 03 Travaux pratiques de chimie min rale Universit de Marne la Vall e Licence de Chimie physique absorbance moyenne entre 0 3 et 0 6 et en faire un spectre complet A f Pr parer galement par une voie ind pendante une solution de sili
22. ndes d absorption Constantes de stabilit des complexes en logK Cu NH3 4 27 3 55 2 90 2 18 0 55 Ni NH i 2 80 2 05 1 66 1 3 1 2 Fe Cl 1 48 0 65 1 0 FeBr 0 6 Fel 1 88 Ni EDTAY 18 6 Cu EDTA 18 8 les pK successifs de l EDTA sont 1 0 1 5 2 0 2 7 6 2 10 3 On pourra aussi v rifier l quation de J gensen A f g Mn Ni Co vi Fe Cr Co Mn Mo 8000 8700 9000 12000 14000 17400 18200 23000 24600 d apr s J gensen Modern Aspects of Ligand Field Theory Elsevier 1971 Chap 26 Page 10 Impression du 03 04 03 Travaux pratiques de chimie min rale Universit de Marne la Vall e Licence de Chimie physique d avec C 4 42 B 3P E B A B dt avec C 4 61 B E B SA y A2 A B d avec C 4 5 B E B nr 2A 10 20 30 AJB d avec C 4 477 B E B i A2 70 H 60 2F 2D 20 5 A B Page 11 Impression du 03 04 03 Travaux pratiques de chimie min rale Universit de Marne la Vall e Licence de Chimie physique d avec C 4 8 B d avec C 4 633 B E B 10 2 10 0 30 Le 0 30 Agg d avec C 4 709 B A B Page 12 Impression du 03 04 03 Travaux pratiques de chimie min rale Universit de Marne la Vall e
23. nte port e un potentiel tr s positif le tout dans de l argon tr s basse pression Le champ lectrique tr s intense pr sent sur la pointe va arracher un lectron aux atomes d argon pr sents sa proximit Les ions Ar ainsi form s vont se pr cipiter sur la coupelle potentiel n gatif et arracher des atomes du m tal la surface de cette coupelle en les portant l tat gazeux dans une forme excit e Avant de se condenser nouveau sur la surface de la coupelle ces atomes auront mis un ou plusieurs photons en retombant l tat fondamental La forme creuse de la cathode confine le m tal l int rieur et l emp che de se d poser sur les parois de la lampe Cathode creuse Photons Fen tre en quartz Lampe cathode creuse Le flux des photons mergeant porte un bruit de fond principalement du la luminescence de l argon excit sur lequel se surimpose des raies tr s intenses de l atome choisi La luminosit de la lampe est proportionnelle au courant qui la traverse et est limit e par le claquage formation d un arc lectrique entre la cathode et la pointe et par l vaporation excessive du m tal d l chauffement de la cathode Le dispositif d atomisation On utilise un dispositif qui permet d une part un chauffement tr s rapide de l chantillon tr s haute temp rature et d autre part la r duction des cations m tallique dont on d sire utiliser les atomes pour absorber le rayonnement d
24. o ncidence une interf rence de B sur si c est A que l on mesure ou de A sur B si c est l inverse L absorbance ob it la loi de Beer Lambert A amp ilc o A est l absorbance mesur e travers le dispositif d atomisation le coefficient d extinction atomique pour la raie 1 1 la longueur du chemin optique absorbant et c la concentration en atome dans le milieu absorbant La sensibilit d une raie i est proportionnelle au coefficient d extinction atomique Souvent on norme les sensibilit s de toutes les raies 1 d un atome donn par rapport au plus fort Ema On obtient alors une table de raies o figurent d une part les diff rentes longueurs d onde caract ristiques de l atome consid r et d autre part un facteur d intensit gal 1 pour la raie la plus intense et E maxy pour les autres On remarquera que plus le coefficient est important plus la raie est faiblement absorb e On peut lire ce coefficient diff remment en remarquant qu il peut aussi signifier la quantit d l ment atomiser pour obtenir la m me absorbance qu avec 1 unit de quantit de ce m me l ment sur la raie la plus intense Page 13 Impression du 03 04 03 Travaux pratiques de chimie min rale Universit de Marne la Vall e Licence de Chimie physique La source de raies atomiques On utilise pour cela une lampe cathode creuse form e d une coupelle la cathode du m tal recherch surmont e d une poi
25. on tamponn e Dans un b cher de 50 mL introduire 20 mL de cette solution et 20 gouttes de murexide Verser dans la burette une solution d EDTA de concentration 5 10 molL Faire un premier dosage rapide en d passant l quivalence de fa on obtenir une solution violette que vous conserverez comme t moin de couleur Reprendre le dosage dans les m mes conditions et noter le volume quivalent V partir duquel la coloration violette pr c dente appara t En d duire la masse molaire du complexe et donc n Troisi me partie Dosage acido basique Principe On veut doser l ammoniac contenu dans le complexe pour d terminer n Le complexe est dissous dans un volume donn d acide chlorhydrique ou nitrique de concentration connue Lors de sa mise en solution il est d truit et l ammoniac lib r r agit avec l acide qui se trouve initialement en faible exc s Le dosage consiste donc d terminer la quantit d acide nitrique n ayant pas r agi avec l ammoniac et ventuellement les ions NH form s Il sera ais de calculer ensuite la quantit d acide ayant r agi avec une quantit gale d ammoniac lib r e par le complexe nous remontrons finalement la valeur de n Mode op ratoire Dissoudre 0 3 g de complexe dans 100 mL d acide nitrique la concentration C 0 20 mol L Pr lever la pipette V 20 cm de cette solution dans un b cher de 50 cm et doser au pH m tre avec de la soude 0 20 mol L On pourra
26. ornes jaunes et noires adjacentes re oivent les fiches PEN du four C est ainsi que le programme est renseign de l allumage du bouton REC Les deux autres bornes ne sont pas utilis es ici et ne doivent pas tre raccord es Au cours de la phase d enregistrement le rythme d acquisition s acc l re et la plupart des fonctions graphiques du programme sont inhib es pour faire face au flux de donn es Il n est pas non plus permis de quitter le programme A la fin de cette phase le r sultat est affich sur l image de la fen tre principale la suite du pic pr c dent Sur cette fen tre il est possible de zoomer en X et Y l aide de la touche Zoom Un fois clicqu e le curseur reprend la forme d une fl che et on peut dessiner un rectangle en maintenant enfonc le bouton gauche de la souris Le graphique contenu dans le rectangle est alors dessin nouveau dans toute la fen tre Au bout d un certain nombre de pics le graphique est enregistr et un nouveau fichier est cr Les noms de fichier sont automatiques et fabriqu s par ordre croissant Les deux premier caract res sont les ann es du si cle 00 pour 2000 les trois suivants le jour de l ann e jour Julien et les trois derniers construits partir de l heure en minutes Le suffixe est toujours CHR Lecture des pics Sur le graphique principal on clicque gauche et droite du pic et sa hauteur et sa surface s affiche Le bouton de droite de la souris ser
27. s le photomultiplicateur On appelle cela r gler le gain du tube Les appareils les plus r cents poss dent un r seau dispersif suivi d une barrette de diodes ou mieux d une cam ra CCD Le courant mesur dans les diodes ou les pixels de la cm ra est aussi proportionnel l intensit lumineuse re ue par chacune d elles la diff rence par rapport au pr c dent syst me tant la Page 15 Impression du 03 04 03 Travaux pratiques de chimie min rale Universit de Marne la Vall e Licence de Chimie physique possibilit de lire le signal simultan ment plusieurs longueurs d onde et donc de pratiquer l analyse simultan e de plusieurs l ments La figure suivante pr sente un tube photomultiplicateur anode photo lectron dynode courant de mesure Photon lectrons secondaires L enregistrement du signal On mesure au moment de l atomisation le courant circulant dans le photomultiplicateur Le rapport avec le courant pr sent juste avant cette atomisation nous donne la transmitance du gaz atomique pr sent dans le four donc son absorbance et donc la concentration en atomes de l l ment analys si on applique la loi de Beer Lambert Il faudra donc au pr alable talonner notre appareil l aide de solutions de concentrations connues pour pouvoir obtenir la relation lin aire A f C concentration de l l ment choisi Toutes les solutions devront tre pr par es l aide d acide nitrique 0 1 M environ
28. seill de commencer l enregistrement au moins 5 s avant le d but de l atomisation et de le poursuivre jusque pendant l tape de nettoyage pour b n ficier d une bonne ligne de base Cela correspond aux tapes Retour en attente Atomisation Nettoyage et Refroidissement En g n ral ces tapes durent environ 20s Mise en route Clicquer sur l ic ne raccourci repr sentant le programme Les propri t s du raccourci doivent normalement faire d marrer le programme dans le r pertoire pr vu pour stocker les enregistrements et tablir la communication avec le bo tier d acquisition Dans le cas contraire il faut indiquer au programme dans le menu DataRead PortCom le num ro du port utiliser Lorsque le module d acquisition est pr t communiquer et le port COM s lectionn alors on peut appuyer sur le bouton Go ou bien Open Port du menu DataRead Les fen tres Signal et Customize s ouvrent La fen tre Signal se comporte comme un enregistreur papier avec affichage digital et Customise permet d identifier par 80 caract res la s rie d analyse que l on s appr te faire Aussit t les diodes rouges et vertes du module d acquisition doivent s allumer bri vement toutes les secondes La diode jaune signale la pr sence de la tension d alimentation du module Op ration La sortie Enregistreur 1 V du spectrom tre doit tre branch e entre les bornes type banane rouge et noire du module d acquisition Les b
29. t d finir une ligne de base particuli re La case Page 17 Impression du 03 04 03 Travaux pratiques de chimie min rale Universit de Marne la Vall e Licence de Chimie physique Stick on data impose la valeur Y d tre une valeur mesur e Si on la d coche les valeurs de Y deviennent libres Le bouton Smooth effectue un lissage type Hamming sur la partie graphique affich e Il faut indiquer quelle profondeur de filtrage on souhaite Ce lissage n alt re pas la surface des pics mais un peu leur hauteur Explication des menus Records manipulation des fichiers impression et fin du programme Load permet de recharger un enregistrement interdit en phase d acquisition Copy recopie les nombres repr sentant le graphique affich on peut choisir de recopier vers le presse papiers Clipboard en fond de graphique Background ou encore dans un fichier File Copy Image recopie le BitMap du graphique dans le presse papier Print imprime la fen tre sur l imprimante courante Quit quitte le programme Results r sultats Copy place dans le presse papier les r sultats acquis lors du traitement des pics On obtient l abscisse X en minutes la surface et la hauteur du pic LogFile permet la cr ation d un fichier qui enregistre toutes les op rations que l on fait On y retrouvera les informations que l on aurait eu dans Copy Id Table et Create Id sont surtout utiles pour traiter des chromatogrammes
30. ues de chimie min rale Universit de Marne la Vall e Licence de Chimie physique Ni HY NiY 2 H a log B 18 6 Il appara t ainsi que le classement des complexes par stabilit d croissante est NIY NiMu Ni NH 6 Le dosage consiste ajouter progressivement une solution titr e d EDTA une solution tamponn e de pH 10 contenant l ion Ni NE et de la murexide qui sera utilis e comme indicateur color pour rep rer la fin du dosage Avant d ajouter l EDTA une premi re r action donnant le complexe NiMu s est produite Ni NH Mu NiMu n NH log K 2 8 La totalit de la murexide est complex e et la quantit ayant r agi est suffisante pour que l on voie la couleur orang e du complexe NiMu En ajoutant EDTA on encha ne deux r actions la destruction des ions Ni NH n ayant pas r agi avec la murexide Ni NH HY Ni n NH 2H log K 10 1 la destruction des ions NiMu NiMu HY NIY Mu 2H log K 7 3 La destruction de ce complexe lib re l ion Mu de couleur violette L apparition de cette couleur est indicatrice de la fin du dosage Globalement le bilan du dosage consiste donc remplacer les n ligands NH par le ligand Y Ni NH HY7 NIY n NH 2H Les ions H form s sont aussit t neutralis s par l alcalinit de la solution pH 10 Mode op ratoire Dissoudre 1 g de complexe dans 100 mL de soluti
31. ult s et r sultats de la journ e Il vous faut donc vous munir d UN CAHIER servant enregistrer l ensemble des v nements de ces trois journ es Le compte rendu sera un rapport scientifique de 8 pages maximum accompagn des graphiques comment s n cessaires Il devra faire appara tre la mani re dont le sujet t compris les difficult s rencontr s et les moyens employ s pour les surmonter Enfin les r sultats num riques seront rassembl s dans des tableaux et abondamment comment s et surtout argument s C est de cette fa on que vous apprendrez communiquer vos travaux scientifiques Page 2 Impression du 03 04 03 Travaux pratiques de chimie min rale Universit de Marne la Vall e Licence de Chimie physique TP N 1 DOSAGES COLORIMETRIQUES SILICE SIO2 ET PHOSPHATES PO HPO Le but de ce TP est de mesurer les teneurs en silicium et en phosphore de diff rentes substances La silice Le silicium Si est un l ment tr s abondant la surface de la terre sous forme de silice SiO cristallis en quartz parfois amorphe et aussi de silicates de magn sium d aluminium de fer etc A temp rature ambiante et aux pH habituels l eau peut dissoudre assez bien la silice amorphe et certains silicates mais n attaque le quartz qu en milieu basique et temp rature lev e Il faut en effet un million d ann es pour enlever 1 mm d paisseur une paroi de quartz avec
32. ume dans l air ambiant lorsqu on le chauffe il est en permanence balay par un Page 14 Impression du 03 04 03 Travaux pratiques de chimie min rale Universit de Marne la Vall e Licence de Chimie physique flux d argon qui l isole de l oxyg ne de l air sauf pendant la phase d atomisation o on essaye de confiner au maximum dans l axe du faisceau les gaz form s porteurs des atomes de l l ment analyser La figure suivante repr sente le dispositif avec un chauffage par effet joule la longueur du tube en graphite tant de 3 4 cm Orifice d introduction de l chantillon Faisceau de mesure issu de la lampe cathode creuse Courant de chauffage du four tubulaire en graphite plusieurs centaines d A La programmation du four est plus ou moins volu e suivant l ge de l appareil les plus r cents tant enti rement pilot s par ordinateur Exemple de programme thermique employer pour le mangan se par exemple 2500 2000 4 1500 1000 500 Le d tecteur Temp rature du four C Nettoyage du four Atomisation calcination s chage C est souvent l assemblage d un r seau dispersif et d un tube photomultiplicateur Le r seau sert isoler une des raies atomiques mesurer et le tube photomultiplicateur mesure l intensit lumineuse qui traverse le four On doit r gler la tension appliqu e aux dynodes afin de lire un courant raisonnable dan

travaux pratiques de chimie minerale

Contents

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents