Chemistry · Livre 1 · Grades 1–12

La chimie à l’école — Années 1 à 12

La chimie à l’école — Années 1 à 12 · Grades 1–12

29Couleur et absorbance

Sur le banc d’une salle de sport, une bouteille de boisson énergétique brille d’un bleu vif. Sa couleur vient d’un colorant qui y est dissous, à raison de quelques milligrammes pour un litre entier : bien trop peu pour être pesé, et bien trop peu pour être vu à l’état solide. Un laboratoire d’analyse alimentaire doit pourtant contrôler cette quantité, car un colorant ne peut être ajouté que dans certaines limites. La couleur elle-même est la clé. Plus une solution contient de colorant, plus elle absorbe de lumière ; un instrument qui mesure la lumière absorbée par une solution mesure, en fait, une concentration.

Rappel

Les concentrations massique et molaire d’une solution ; la dilution d’une solution mère ; une échelle de teintes de solutions étalons comparée à une solution inconnue (Chapitre 26).

Une boisson bleue : sa couleur vient de quelques milligrammes de colorant par litre.
Une boisson bleue : sa couleur vient de quelques milligrammes de colorant par litre.

29.1 La couleur d’une solution

La lumière blanche, comme celle du jour, est un mélange de toutes les couleurs de l’arc-en-ciel. À chaque couleur correspond une longueur d’onde, d’environ 400 nm400\,\mathrm{nm} pour le violet à environ 750 nm750\,\mathrm{nm} pour le rouge ; le livre de physique explique ce qu’est une longueur d’onde, et elle ne sert ici que d’étiquette pour une couleur. Une solution colorée absorbe une partie de la lumière qui la traverse, certaines couleurs beaucoup plus que d’autres ; l’œil voit les couleurs qui passent.

Définition 29.1 (Couleurs complémentaires)

Deux couleurs sont des couleurs complémentaires si leur mélange donne de la lumière blanche. Sur un cercle chromatique, deux couleurs complémentaires sont diamétralement opposées.

Un cercle chromatique, avec des longueurs d’onde approximatives. Les couleurs complémentaires sont face à face : le rouge et le vert, l’orange et le bleu, le jaune et le violet.
Un cercle chromatique, avec des longueurs d’onde approximatives. Les couleurs complémentaires sont face à face : le rouge et le vert, l’orange et le bleu, le jaune et le violet.

Proposition 29.2 (La couleur perçue)

Une solution qui absorbe principalement une couleur de la lumière blanche prend la couleur complémentaire de celle-ci.

Démonstration. Admis : la lumière qui passe est la lumière blanche privée de la couleur absorbée, et l’œil perçoit ce reste comme la couleur complémentaire. ∎

Exemple 29.3 (Deux colorants alimentaires)

Le colorant bleu de la boisson, appelé bleu brillant (E133), absorbe surtout la lumière rouge-orangé, vers 629 nm629\,\mathrm{nm} : il paraît bleu. Le colorant jaune tartrazine (E102) absorbe surtout la lumière bleu-violet, vers 427 nm427\,\mathrm{nm} : il paraît jaune. Une boisson verte contient en général les deux.

29.2 Le spectre d’absorption

Définition 29.4 (Spectre d’absorption)

Le spectre d’absorption d’une solution est le graphique de la lumière qu’elle absorbe (son absorbance, définie à la section suivante) en fonction de la longueur d’onde. La longueur d’onde pour laquelle l’absorption est la plus forte se note λmax⁡\lambda_{\max}.

Spectres d’absorption des deux colorants dans l’eau, dans une cuve de 1\, cm d’épaisseur. La forme des bandes est tracée à partir d’un modèle simple ; la position des maximums et leur hauteur sont celles des spécifications des deux colorants.
Spectres d’absorption des deux colorants dans l’eau, dans une cuve de 1 cm1\,\mathrm{cm} d’épaisseur. La forme des bandes est tracée à partir d’un modèle simple ; la position des maximums et leur hauteur sont celles des spécifications des deux colorants.

Remarque 29.5 (Lire un spectre)

Le colorant bleu n’absorbe presque rien au-dessous de 520 nm520\,\mathrm{nm} : la lumière bleue et violette passe, et la solution paraît bleue. Le colorant jaune n’absorbe presque rien au-dessus de 520 nm520\,\mathrm{nm} : la lumière verte, jaune, orange et rouge passe, et l’œil voit du jaune. À 629 nm629\,\mathrm{nm}, seul le colorant bleu absorbe ; à 427 nm427\,\mathrm{nm}, presque seulement le jaune.

29.3 L’absorbance et le spectrophotomètre

Définition 29.6 (Absorbance)

L’absorbance AA d’une solution, à une longueur d’onde choisie, est le nombre affiché par un spectrophotomètre qui mesure la part de la lumière de cette longueur d’onde absorbée par la solution. Elle n’a pas d’unité ; elle est nulle pour le solvant pur, et d’autant plus grande que la solution absorbe de lumière.

Principe d’un spectrophotomètre. Un prisme décompose la lumière blanche en ses couleurs ; une fente ne laisse passer qu’une longueur d’onde, choisie par l’utilisateur ; le détecteur compare la lumière qui sort de la cuve à celle qui y entre, et l’écran affiche l’absorbance.
Principe d’un spectrophotomètre. Un prisme décompose la lumière blanche en ses couleurs ; une fente ne laisse passer qu’une longueur d’onde, choisie par l’utilisateur ; le détecteur compare la lumière qui sort de la cuve à celle qui y entre, et l’écran affiche l’absorbance.

Remarque 29.7 (D’où vient ce nombre)

L’instrument calcule l’absorbance à partir des intensités de la lumière qui entre dans la solution et qui en sort, à l’aide d’une fonction mathématique rencontrée en dernière année de lycée, le logarithme. Un volume universitaire donne la formule ; ici, l’absorbance est simplement ce que lit l’instrument.

Au laboratoire — Faire le zéro du spectrophotomètre

La cuve, le solvant et l’instrument lui-même absorbent un peu de lumière. Avant toute mesure, on place dans l’instrument une cuve remplie du solvant pur, le blanc, et on règle l’appareil pour qu’il indique A=0A = 0 à la longueur d’onde choisie. Chaque mesure qui suit est l’absorbance du soluté seul. On tient toujours les cuves par leurs faces dépolies, et on les essuie : une trace de doigt sur une face transparente absorbe aussi de la lumière.

Un spectrophotomètre et ses cuves carrées.
Un spectrophotomètre et ses cuves carrées.

29.4 La loi de Beer–Lambert

Définition 29.8 (Coefficient d’absorption molaire)

Le coefficient d’absorption molaire ε\varepsilon d’une espèce dissoute, à une longueur d’onde donnée, mesure avec quelle force une mole de cette espèce absorbe la lumière ; il dépend de l’espèce, du solvant et de la longueur d’onde, et s’exprime en L/(mol cm)\mathrm{L}/(\mathrm{mol}\,\mathrm{cm}).

Proposition 29.9 (Loi de Beer–Lambert)

Pour une solution diluée d’une seule espèce absorbante, de concentration molaire cc, dans une cuve d’épaisseur ℓ\ell, l’absorbance à une longueur d’onde donnée vaut

A=ε ℓ c.A = \varepsilon\, \ell\, c .

L’absorbance est proportionnelle à la concentration.

Démonstration. Admis ici ; la démonstration figure dans un volume universitaire. ∎

Remarque 29.10 (Avec une concentration massique)

Comme c=Cm/Mc = C_m / M, la loi s’écrit aussi A=a ℓ CmA = a\, \ell\, C_m, avec a=ε/Ma = \varepsilon / M en L/(g cm)\mathrm{L}/(\mathrm{g}\,\mathrm{cm}). Les spécifications des colorants alimentaires donnent aa : pour le colorant bleu E133 à 629 nm629\,\mathrm{nm}, a=164 L/(g cm)a = 164\,\mathrm{L}/(\mathrm{g}\,\mathrm{cm}), et avec sa masse molaire de 792.9 g/mol792.9\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}, ε=164×792.9=1.30×105 L/(mol cm)\varepsilon = 164 \times 792.9 = 1.30 \times 10^{5}\,\mathrm{L}/(\mathrm{mol}\,\mathrm{cm}). Une solution qui n’en contient que 5.0 mg/L5.0\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}, dans une cuve de 1 cm1\,\mathrm{cm}, donne déjà A=164×1×0.0050=0.82A = 164 \times 1 \times 0.0050 = 0.82.

Remarque 29.11 (Solutions diluées seulement)

La proportionnalité n’est valable que pour les solutions diluées, en pratique pour des absorbances inférieures à 1 ou 1.5 environ sur un appareil ordinaire. Une solution trop concentrée est diluée d’un facteur connu avant d’être mesurée.

29.5 Mesurer une concentration

Définition 29.12 (Droite d’étalonnage)

Une droite d’étalonnage est le graphique de l’absorbance d’une série de solutions étalons d’une même espèce, mesurée à la même longueur d’onde dans la même cuve, en fonction de leur concentration. Quand la loi de Beer–Lambert est vérifiée, c’est une droite passant par l’origine.

Méthode 29.13 (Mesurer une concentration à l’aide d’une droite d’étalonnage)

  1. Enregistrer le spectre d’absorption de l’espèce et choisir la longueur d’onde λmax⁡\lambda_{\max}, où l’absorbance est la plus grande et varie le moins pour une petite erreur sur la longueur d’onde.
  2. Faire le zéro de l’instrument avec le blanc.
  3. Préparer des solutions étalons par dilution d’une solution mère et mesurer leurs absorbances.
  4. Tracer AA en fonction de la concentration et tracer la droite passant par l’origine la plus proche des points.
  5. Mesurer l’inconnue, diluée si nécessaire pour que son absorbance se situe parmi celles des étalons, et lire sa concentration sur la droite (ou diviser AA par le coefficient directeur) ; multiplier par le facteur de dilution.
Droite d’étalonnage du colorant bleu : cinq étalons (les points) et la droite passant par l’origine, de coefficient directeur 0.164\, L/ mg. Une inconnue qui donne A = 0.590 a une concentration de 0.590 / 0.164 = 3.6\, mg/ L.
Droite d’étalonnage du colorant bleu : cinq étalons (les points) et la droite passant par l’origine, de coefficient directeur 0.164 L/mg0.164\,\mathrm{L}/\mathrm{mg}. Une inconnue qui donne A=0.590A = 0.590 a une concentration de 0.590/0.164=3.6 mg/L0.590 / 0.164 = 3.6\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}.

Exemple 29.14 (Les cinq étalons)

On dilue une solution mère du colorant bleu à 100 mg/L100\,\mathrm{mg}/\mathrm{L} pour obtenir 100.0 mL100.0\,\mathrm{mL} de chaque étalon : pour 2.0 mg/L2.0\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}, le facteur de dilution vaut 50, donc on complète 2.0 mL2.0\,\mathrm{mL} de solution mère à 100.0 mL100.0\,\mathrm{mL}. Les cinq étalons, de 1 à 5 mg/L5\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}, donnent 0.168, 0.325, 0.494, 0.652 et 0.823 : à quelques millièmes près 0.164×C0.164 \times C, la droite de la figure.

29.6 Exercices

Exercice 29.1 ★

Une solution absorbe principalement la lumière orange. De quelle couleur paraît-elle ? Et une solution qui absorbe principalement la lumière violette ?

Solution

Solution de Exercice 29.1.

Si elle absorbe l’orange, elle paraît bleue, la couleur opposée à l’orange sur le cercle. Si elle absorbe le violet, elle paraît jaune.

Exercice 29.2 ★

À l’aide du cercle chromatique, donner la couleur principalement absorbée par une solution verte, et le domaine de longueurs d’onde qu’occupe cette couleur.

Solution

Solution de Exercice 29.2.

Une solution verte absorbe principalement la lumière rouge, la couleur opposée au vert sur le cercle : d’environ 620 nm620\,\mathrm{nm} à 750 nm750\,\mathrm{nm}.

Exercice 29.3 ★

Lire sur les spectres d’absorption la longueur d’onde λmax⁡\lambda_{\max} de chaque colorant et son absorbance à cette longueur d’onde.

Solution

Solution de Exercice 29.3.

Colorant bleu : λmax⁡=629 nm\lambda_{\max} = 629\,\mathrm{nm}, A=0.82A = 0.82. Colorant jaune : λmax⁡=427 nm\lambda_{\max} = 427\,\mathrm{nm}, A=0.795A = 0.795, soit environ 0.80.

Exercice 29.4 ★

Une solution de colorant à 2.0 mg/L2.0\,\mathrm{mg}/\mathrm{L} donne A=0.30A = 0.30. Quelle absorbance donne une solution du même colorant à 6.0 mg/L6.0\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}, dans la même cuve, à la même longueur d’onde ? Et à 1.0 mg/L1.0\,\mathrm{mg}/\mathrm{L} ?

Solution

Solution de Exercice 29.4.

AA est proportionnelle à la concentration : trois fois plus donne A=0.90A = 0.90 ; deux fois moins donne A=0.15A = 0.15.

Exercice 29.5 ★

Qu’est-ce que le blanc d’un spectrophotomètre, et pourquoi fait-on le zéro de l’instrument avec lui ?

Solution

Solution de Exercice 29.5.

Le blanc est une cuve remplie du solvant pur. Faire A=0A = 0 avec lui élimine ce qu’absorbent la cuve, le solvant et l’instrument, si bien que les mesures suivantes sont dues au seul soluté.

Exercice 29.6 ★★

À l’aide de la droite d’étalonnage du colorant bleu, trouver la concentration d’une solution qui donne A=0.41A = 0.41.

Solution

Solution de Exercice 29.6.

C=0.41/0.164=2.5 mg/LC = 0.41 / 0.164 = 2.5\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}.

Exercice 29.7 ★★

Pour doser le colorant bleu, pourquoi régler le spectrophotomètre sur 629 nm629\,\mathrm{nm} plutôt que sur 550 nm550\,\mathrm{nm} ? Donner deux raisons.

Solution

Solution de Exercice 29.7.

À 629 nm629\,\mathrm{nm}, l’absorbance est la plus grande : la mesure est la plus sensible (de petites concentrations donnent encore des absorbances lisibles) ; et au sommet de la bande la courbe est plate, si bien qu’une petite erreur sur la longueur d’onde change à peine la mesure. À 550 nm550\,\mathrm{nm}, l’absorbance est faible et varie vite avec la longueur d’onde.

Exercice 29.8 ★★

Une boisson non diluée donne A=2.4A = 2.4 à 629 nm629\,\mathrm{nm}, une valeur trop élevée pour être fiable. On la dilue cinq fois, et elle donne alors A=0.48A = 0.48. Trouver la concentration de colorant bleu dans la boisson.

Solution

Solution de Exercice 29.8.

Diluée : C=0.48/0.164=2.9 mg/LC = 0.48 / 0.164 = 2.9\,\mathrm{mg}/\mathrm{L} ; la boisson : 5×2.9=15 mg/L5 \times 2.9 = 15\,\mathrm{mg}/\mathrm{L} (plus précisément 14.614.6).

Exercice 29.9 ★★

Une solution de tartrazine à 15.0 mg/L15.0\,\mathrm{mg}/\mathrm{L} donne A=0.795A = 0.795 à 427 nm427\,\mathrm{nm} dans une cuve de 1.00 cm1.00\,\mathrm{cm}. Calculer son coefficient d’absorption massique aa en L/(g cm)\mathrm{L}/(\mathrm{g}\,\mathrm{cm}), puis son coefficient d’absorption molaire (masse molaire 534.4 g/mol534.4\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}).

Solution

Solution de Exercice 29.9.

a=A/(ℓ Cm)=0.795/(1.00×0.0150)=53.0 L/(g cm)a = A / (\ell\, C_m) = 0.795 / (1.00 \times 0.0150) = 53.0\,\mathrm{L}/(\mathrm{g}\,\mathrm{cm}); ε=a×M=53.0×534.4=2.83×104 L/(mol cm)\varepsilon = a \times M = 53.0 \times 534.4 = 2.83 \times 10^{4}\,\mathrm{L}/(\mathrm{mol}\,\mathrm{cm}).

Exercice 29.10 ★★

Observer les spectres des deux colorants. Au-dessus de quelle longueur d’onde le colorant jaune n’absorbe-t-il presque plus ? Pourquoi peut-on doser le colorant bleu à 629 nm629\,\mathrm{nm} même dans une boisson verte qui contient aussi le colorant jaune ?

Solution

Solution de Exercice 29.10.

Au-dessus d’environ 520 nm520\,\mathrm{nm}. À 629 nm629\,\mathrm{nm}, le colorant jaune n’absorbe pas du tout : toute l’absorbance y est due au colorant bleu.

Exercice 29.11 ★★

On mesure la même solution dans une cuve de 2.0 cm2.0\,\mathrm{cm} d’épaisseur au lieu de 1.0 cm1.0\,\mathrm{cm}. Comment son absorbance change-t-elle ? Pourquoi ?

Solution

Solution de Exercice 29.11.

Elle double : A=εℓcA = \varepsilon \ell c est proportionnelle à ℓ\ell ; la lumière traverse deux fois plus de solution, donc deux fois plus de molécules absorbantes.

Exercice 29.12 ★★★

Des étalons du colorant bleu à 5, 10, 20 et 40 mg/L40\,\mathrm{mg}/\mathrm{L} donnent 0.82, 1.62, 2.30 et 2.70. Calculer A/CA / C pour chacun. Que remarque-t-on ? Quels étalons peut-on utiliser pour une droite d’étalonnage, et que faut-il faire d’une inconnue qui donne 2.52.5 ?

Solution

Solution de Exercice 29.12.

A/CA/C : 0.1640.164, 0.1620.162, 0.1150.115, 0.06750.0675. Le rapport n’est constant que pour les deux premiers : au-delà d’environ 10 mg/L10\,\mathrm{mg}/\mathrm{L} (absorbances supérieures à 1.6 environ), la loi n’est plus vérifiée. Seuls les étalons à 5 et 10 mg/L10\,\mathrm{mg}/\mathrm{L} (et les plus dilués) peuvent servir ; une inconnue qui donne 2.5 doit être diluée, par exemple cinq fois, puis mesurée de nouveau.

Exercice 29.13 ★★★

Une boisson verte contient le colorant bleu et le colorant jaune. Dans une cuve de 1.00 cm1.00\,\mathrm{cm}, elle donne A=0.574A = 0.574 à 629 nm629\,\mathrm{nm} et A=0.53A = 0.53 à 427 nm427\,\mathrm{nm}. À 427 nm427\,\mathrm{nm}, le colorant bleu n’absorbe presque rien, et à 629 nm629\,\mathrm{nm} le colorant jaune n’absorbe rien. Trouver les concentrations massiques des deux colorants (utiliser a=164 L/(g cm)a = 164\,\mathrm{L}/(\mathrm{g}\,\mathrm{cm}) et a=53.0 L/(g cm)a = 53.0\,\mathrm{L}/(\mathrm{g}\,\mathrm{cm})).

Solution

Solution de Exercice 29.13.

Colorant bleu, d’après 629 nm629\,\mathrm{nm} seule : C=0.574/0.164=3.5 mg/LC = 0.574 / 0.164 = 3.5\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}. Colorant jaune, d’après 427 nm427\,\mathrm{nm} : C=0.53/0.0530=10 mg/LC = 0.53 / 0.0530 = 10\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}.

Exercice 29.14 ★★★

Une élève oublie le blanc et fait le zéro de l’instrument avec une cuve vide. Chaque mesure est alors trop élevée de 0.0400.040. L’inconnue donne 0.3680.368, et elle divise par le coefficient directeur 0.1640.164 de la vraie droite d’étalonnage. Quelle concentration trouve-t-elle ? Quelle est la vraie ? De quel pourcentage se trompe-t-elle ?

Solution

Solution de Exercice 29.14.

Elle trouve 0.368/0.164=2.24 mg/L0.368 / 0.164 = 2.24\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}. La vraie absorbance est 0.368−0.040=0.3280.368 - 0.040 = 0.328, si bien que la vraie concentration vaut 0.328/0.164=2.00 mg/L0.328 / 0.164 = 2.00\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}. Elle se trompe de 12 %12\,\% par excès.

Exercice 29.15 ★★★

La dose journalière admissible de tartrazine est de 10 mg10\,\mathrm{mg} par kilogramme de masse corporelle. Une boisson en contient 20 mg/L20\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}. Quel volume de boisson amènerait un adulte de 60 kg60\,\mathrm{kg} à cette dose en une journée ? Ce risque est-il réaliste ?

Solution

Solution de Exercice 29.15.

10×60=600 mg10 \times 60 = 600\,\mathrm{mg} par jour, dans 600/20=30 L600 / 20 = 30\,\mathrm{L} de boisson. Personne ne boit trente litres par jour : la boisson seule ne présente pas de risque réaliste, même si le colorant peut aussi venir d’autres aliments.

29.7 Problème : le bleu d’une boisson énergétique

Problème 29.1

Problème du week-end — combien de bouteilles d’une boisson énergétique bleue un enfant devrait-il boire pour atteindre la limite journalière sans risque de son colorant ?

Un laboratoire d’analyse alimentaire contrôle le colorant bleu E133 d’une boisson énergétique vendue en bouteilles de 500 mL500\,\mathrm{mL}. Les spécifications du colorant donnent sa masse molaire, 792.9 g/mol792.9\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}, et sa dose journalière admissible : 6 mg6\,\mathrm{mg} par kilogramme de masse corporelle et par jour, une quantité qui peut être consommée chaque jour pendant toute une vie sans risque appréciable.

Partie I — Couleur et spectre.

  1. La boisson paraît bleue. À l’aide du cercle chromatique, déterminer la couleur de lumière qu’elle absorbe le plus.
  2. Lire la longueur d’onde λmax⁡\lambda_{\max} du colorant sur son spectre.
  3. Pourquoi l’absorbance du colorant est-elle presque nulle à 450 nm450\,\mathrm{nm} ? Est-ce cohérent avec sa couleur ?
  4. À quelle longueur d’onde faut-il faire les mesures ?

Partie II — La droite d’étalonnage.

  1. On dissout 50.0 mg50.0\,\mathrm{mg} de colorant pur pour obtenir 500.0 mL500.0\,\mathrm{mL} de solution mère. Calculer sa concentration massique en mg/L\mathrm{mg}/\mathrm{L}.
  2. On prépare des étalons à 1.0, 2.0, 3.0, 4.0 et 5.0 mg/L5.0\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}, 100.0 mL100.0\,\mathrm{mL} chacun. Quel volume de solution mère faut-il pour l’étalon à 3.0 mg/L3.0\,\mathrm{mg}/\mathrm{L} ? Avec quelle verrerie ?
  3. Les étalons donnent 0.168, 0.325, 0.494, 0.652 et 0.823. Calculer A/CA / C pour chacun, et montrer que les points sont proches d’une droite passant par l’origine, de coefficient directeur voisin de 0.164 L/mg0.164\,\mathrm{L}/\mathrm{mg}.
  4. Pourquoi la droite doit-elle passer par l’origine ?
  5. En déduire le coefficient d’absorption massique aa du colorant en L/(g cm)\mathrm{L}/(\mathrm{g}\,\mathrm{cm}) (cuve de 1.00 cm1.00\,\mathrm{cm}), puis son coefficient d’absorption molaire.

Partie III — La boisson.

  1. On complète 25.0 mL25.0\,\mathrm{mL} de boisson à 50.0 mL50.0\,\mathrm{mL} avec de l’eau. Quel est le facteur de dilution ?
  2. La boisson diluée donne A=0.590A = 0.590. Trouver sa concentration en colorant.
  3. En déduire la concentration en colorant de la boisson elle-même.
  4. Quelle absorbance donnerait la boisson non diluée ? Pourquoi l’a-t-on diluée ?
  5. Calculer la masse de colorant d’une bouteille.
  6. Calculer la quantité de colorant, en moles, d’une bouteille.

Partie IV — La dose journalière admissible.

  1. Quelle masse de colorant un enfant de 30 kg30\,\mathrm{kg} peut-il absorber chaque jour ?
  2. Combien de bouteilles l’enfant devrait-il boire en une journée pour l’atteindre ?
  3. Quel volume de boisson cela représente-t-il ? Commenter.
  4. Même question pour un adulte de 70 kg70\,\mathrm{kg}.
  5. Donner la réponse finale : combien de bouteilles de 500 mL500\,\mathrm{mL} un enfant de 30 kg30\,\mathrm{kg} devrait-il boire en une journée pour atteindre la dose journalière admissible du colorant ?
Solution

Solution de Problème 29.1.

1. Le rouge-orangé, la couleur opposée au bleu sur le cercle.

2. λmax⁡=629 nm\lambda_{\max} = 629\,\mathrm{nm}.

3. À 450 nm450\,\mathrm{nm}, la lumière est bleue : le colorant la laisse passer, et c’est exactement pour cela que la boisson paraît bleue.

4. À 629 nm629\,\mathrm{nm}.

5. 50.0 mg/0.5000 L=100 mg/L50.0\,\mathrm{mg} / 0.5000\,\mathrm{L} = 100\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}.

6. Facteur de dilution 100/3.0=33.3100 / 3.0 = 33.3, donc V0=100.0/33.3=3.00 mLV_0 = 100.0 / 33.3 = 3.00\,\mathrm{mL} : une pipette graduée (ou une burette) et une fiole jaugée de 100.0 mL100.0\,\mathrm{mL}.

7. A/CA/C = 0.168, 0.163, 0.165, 0.163, 0.165 : toutes proches de 0.164, donc A≈0.164 CA \approx 0.164\, C, une droite passant par l’origine.

8. Une solution sans colorant (C=0C = 0) est le blanc, réglé à A=0A = 0.

9. a=0.164 L/mga = 0.164\,\mathrm{L}/\mathrm{mg} par centimètre, soit 164 L/(g cm)164\,\mathrm{L}/(\mathrm{g}\,\mathrm{cm}) ; ε=164×792.9=1.30×105 L/(mol cm)\varepsilon = 164 \times 792.9 = 1.30 \times 10^{5}\,\mathrm{L}/(\mathrm{mol}\,\mathrm{cm}).

10. F=50.0/25.0=2F = 50.0 / 25.0 = 2.

11. C=0.590/0.164=3.60 mg/LC = 0.590 / 0.164 = 3.60\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}.

12. 2×3.60=7.20 mg/L2 \times 3.60 = 7.20\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}.

13. Environ 2×0.590=1.182 \times 0.590 = 1.18, au-dessus de l’étalon le plus concentré (0.823) : la mesure sortirait du domaine étalonné, où la loi peut ne plus être vérifiée. La dilution la ramène parmi les étalons.

14. 7.20 mg/L×0.500 L=3.60 mg7.20\,\mathrm{mg}/\mathrm{L} \times 0.500\,\mathrm{L} = 3.60\,\mathrm{mg}.

15. n=3.60×10−3/792.9=4.54×10−6 moln = 3.60 \times 10^{-3} / 792.9 = 4.54 \times 10^{-6}\,\mathrm{mol}.

16. 6×30=180 mg6 \times 30 = 180\,\mathrm{mg} par jour.

17. 180/3.60=50180 / 3.60 = 50 bouteilles.

18. 50×0.500=25 L50 \times 0.500 = 25\,\mathrm{L} en une journée : impossible à boire. Le colorant de cette boisson ne peut pas, à lui seul, amener un enfant près de la limite, même si les colorants de plusieurs aliments s’additionnent.

19. 6×70=420 mg6 \times 70 = 420\,\mathrm{mg}, soit 420/3.60≈117420 / 3.60 \approx 117 bouteilles.

20. Environ 50 bouteilles de 500 mL500\,\mathrm{mL}, soit 25 L25\,\mathrm{L} de boisson, en une seule journée.

Termes définis dans ce chapitre

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