Vidéo de la leçon: L’analyse chimique Chimie

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Dans cette vidéo, nous allons apprendre à identifier et décrire les différents types d’analyse chimique, et expliquer leur importance dans les sciences.

Définissons deux termes clés utilisés dans l’analyse chimique. Un échantillon est une petite quantité de matière prélevée sur une plus grande quantité, et elle doit être représentative de cette matière en plus grande quantité. Cela veut dire que l’échantillon possède les mêmes propriétés physiques et chimiques que la matière d’origine. Une substance contenue dans un échantillon, qui fait l’objet de recherches ou d’analyses, est appelée un analyte. Maintenant que nous connaissons ces deux définitions, regardons quelques exemples réels d’échantillons et d’analytes que des chimistes et autres scientifiques analysent régulièrement.

L’analyse chimique est utilisée en médecine. Par exemple, un échantillon de sang peut être analysé pour les analytes suivants : cholestérol, glucose, hormones et nombreux autres analytes. Des médecins, chimistes, pharmaciens et laborantins effectuent ces analyses chimiques pour voir quel traitement donner à un patient par exemple.

En agriculture, les agriculteurs et spécialistes des sols ont parfois besoin d’analyser un échantillon de sol pour connaître son pH ou sa composition élémentaire. Cette analyse aide les agriculteurs à déterminer si une certaine culture est adaptée à ce sol particulier et quel engrais doit être sélectionné.

Dans l’industrie alimentaire, les nutritionnistes et scientifiques de l’alimentation étudient les valeurs nutritionnelles de différents aliments, ainsi que les composés à l’origine du goût des aliments, afin de suggérer aux patients une alimentation saine ou optimiser un aliment en termes de teneur en nutriments, de goût ou de conservation.

Faisons un peu de place. Dans les sciences de l’environnement, les chimistes de l’environnement analysent par exemple des échantillons d’air, de sol et de rivières, pour détecter la présence et déterminer la concentration de toxines.

Un dernier exemple d’utilisation de l’analyse chimique, c’est dans l’ingénierie. Les ingénieurs en mécanique et les métallurgistes prélèvent parfois des échantillons d’alliages provenant de machines afin d’étudier leur composition élémentaire et leur résistance. Cette analyse les aide à améliorer les propriétés du matériau. Par exemple, ils peuvent concevoir des composants de machines plus solides ou plus résistants à la corrosion.

Ce ne sont que quelques-uns des nombreux exemples d’analyse chimique dans la vie réelle.

Maintenant, regardons les types d’analyse chimique. Il y a deux manières d’analyser des substances chimiques, ou analytes, dans un échantillon : qualitativement ou quantitativement. L’analyse qualitative, venant du mot qualité, consiste à identifier des substances dans un échantillon, c’est-à-dire regarder de quoi l’échantillon est fait, en termes par exemple de d’éléments, d’ions ou de molécules. De nombreux échantillons sont des mélanges de différents composants, mais certains échantillons sont purs. Le sel de table pur, par exemple, contient des ions Na+, sodium, et Cl-, chlorure. Si on analyse qualitativement l’eau pure, on ne trouve que des molécules d’H2O.

L’analyse qualitative d’un échantillon de sang révèle que le sang est un mélange contenant des globules rouges ; des globules blancs ; de l’eau ; des hormones ; des ions tels que Ca2 +, calcium, Na +, sodium, Cl-, chlorure ; divers sucres ; des gaz tels que le dioxyde de carbone ; et de nombreux autres composés tels que l’urée, le cholestérol, etc. Tous ces analytes peuvent être identifiés par l’analyse qualitative d’un échantillon de sang. Même l’air est un mélange qu’on peut analyser qualitativement. Les composants de l’air qu’on peut identifier dans un échantillon d’air pourraient être l’azote gazeux ; l’oxygène gazeux ; la vapeur d’eau ; le dioxyde de carbone ; l’argon ; ainsi que des gaz Nox, ou oxydes d’azote, qui sont des polluants ; et d’autres polluants tels que le monoxyde de carbone ; ou même des particules solides telles que la suie ou la poussière.

Jusqu’à présent, nous avons dit que l’analyse qualitative nous aide à identifier les composants d’un échantillon et à déterminer si l’échantillon est pur, composé d’un seul composant, ou si c’est un mélange. Un échantillon pur a des propriétés physiques caractéristiques uniques, telles que le point de fusion, le point d’ébullition, la solubilité et la masse molaire. Prenons l’eau pure. Nous savons qu’elle apparaît incolore avec une très légère nuance de bleu, et qu’elle bout à exactement 100 degrés Celsius à pression atmosphérique. De cette façon, nous pouvons identifier l’eau pure. Les échantillons d’eau impure ou contaminée ont des températures d’ébullition légèrement supérieures à 100 degrés Celsius.

En revanche, les mélanges doivent d’abord être séparés en leurs composants, puis ces composants peuvent être identifiés. Les substances pures peuvent être classées en deux grandes catégories, selon qu’elles sont organiques ou inorganiques. On peut identifier un analyte organique par les éléments ainsi que les groupes fonctionnels présents dans le composé. De nombreux types de rayonnements électromagnétiques sont utilisés dans les instruments modernes d’analyse qualitative. Les groupes fonctionnels organiques en particulier sont souvent étudiés par spectroscopie infrarouge, qui utilise la lumière infrarouge, car chaque groupe fonctionnel interagit différemment avec la lumière infrarouge pour donner un signal qui lui est propre.

Les substances inorganiques telles que les ions métalliques peuvent être identifiées par la couleur qu’elles dégagent lors des essais à la flamme. Certains ions peuvent être identifiés grâce à leurs réactions uniques. Par exemple, on peut identifier un ion chlorure dans une solution en ajoutant du nitrate d’argent et en observant la formation d’un précipité blanc. Les ions bromure, cependant, réagissent différemment et lorsque du nitrate d’argent est ajouté, il se forme un précipité couleur crème. Et les ions iodure peuvent être identifiés par la formation d’un précipité jaune pâle, tandis que les ions fluorure ne produisent pas de précipité avec le nitrate d’argent. Ce ne sont que quelques exemples des façons de tester la présence de certaines substances. Habituellement, plusieurs tests sont nécessaires pour confirmer l’identité d’une substance dans un échantillon. Si on ne fait qu’un seul test qualitatif, ce n’est pas assez concluant.

Voyons maintenant l’analyse quantitative. Le terme quantitatif vient du mot quantité. Les scientifiques ont souvent besoin de savoir combien de chaque composant est présent dans l’échantillon. L’analyse quantitative est donc la détermination de la quantité ou de l’abondance d’un analyte dans un échantillon. La quantité d’un constituant peut être mesurée en termes de masse, de concentration, de nombre de moles ou d’abondance relative. La masse peut être exprimée en grammes, milligrammes ou microgrammes ; la concentration en moles par litre, molaires, parties par million, pourcentage en masse ou pourcentage en volume ; la quantité de matière en moles ; et l’abondance relative en pourcentage.

Un outil couramment utilisé et important dans l’analyse quantitative, c’est la balance analytique. Les balances analytiques sont des balances de laboratoire très sensibles, permettant de mesurer de très petites masses avec grande précision.

Maintenant, il est temps de nous exercer.

Lequel des énoncés suivants n’est pas un exemple d’analyse chimique qualitative ? (A) Déterminer la concentration d’un composé en solution. (B) Identifier les groupes cationiques dans un composé. (C) Identifier les groupes anioniques dans un composé. (D) Identifier un groupe fonctionnel dans une molécule. Ou (E) déterminer la composition élémentaire d’une molécule.

Il existe deux façons d’analyser un échantillon chimique : par analyse qualitative ou par analyse quantitative. L’analyse qualitative est l’identification des substances dans un échantillon, elle consiste à identifier des constituants de l’échantillon tels que des éléments, ions ou molécules ou un mélange de ceux-ci, alors que l’analyse quantitative consiste à déterminer la quantité ou l’abondance d’une substance telle que des éléments, ions ou molécules, dans un échantillon. Donc, l’analyse qualitative consiste à déterminer l’identité d’un analyte, tandis que l’analyse quantitative consiste à déterminer la quantité de l’analyte.

La question demande : lequel des énoncés suivants n’est pas un exemple d’analyse chimique qualitative ? Autrement dit, on nous demande quelle réponse est plutôt un exemple d’analyse quantitative, où on mesure la quantité d’un analyte. Il existe différentes façons de mesurer la quantité d’analyte dans un échantillon. On peut mesurer sa masse, on peut déterminer sa concentration, ou exprimer sa quantité en moles ou son abondance relative en pourcentage.

Déterminer la concentration d’un composé en solution est donc un exemple d’analyse quantitative. L’identification des groupes cationiques est une analyse qualitative. L’identification des groupes anioniques est également un processus qualitatif. Identifier les groupes fonctionnels présents n’est pas une mesure de la quantité d’analyte, et nous pouvons donc également exclure cette réponse. Et enfin, déterminer la composition élémentaire consiste à déterminer quels éléments sont présents et non la quantité de chaque élément.

Donc, lequel des énoncés suivants n’est pas un exemple d’analyse chimique qualitative ? La réponse est (A), déterminer la concentration d’un composé en solution.

Maintenant, résumons ce que nous avons appris sur l’analyse chimique. Nous avons appris qu’un analyte est une substance étudiée d’un échantillon et qu’un échantillon est une petite quantité qui est prélevée d’une matière présente en plus grande quantité et qui a les mêmes propriétés physiques et chimiques que la matière d’origine. Autrement dit, un échantillon doit être une représentation fiable de la matière d’origine.

Nous avons appris que l’analyse chimique est utilisée dans de nombreux domaines de la vie et de l’industrie, notamment la médecine, l’agriculture, l’ingénierie, l’industrie alimentaire et même dans les études environnementales. Nous avons également appris qu’il existe deux grands types d’analyse chimique, l’analyse qualitative et l’analyse quantitative. Dans l’analyse qualitative, on identifie l’analyte ou les analytes. Et ceux-ci peuvent être des éléments, ions ou molécules, ou même une partie à identifier d’une molécule, telle qu’un groupe fonctionnel.

Dans l’analyse quantitative, on quantifie ou on détermine la quantité d’un ou plusieurs analytes. Et on peut faire cette quantification en termes de masse, de concentration, de moles ou d’abondance relative.