MAGNÉTOCHIMIE

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Analyse chimique

L'utilisation d'un aimant pour la recherche des minerais de fer ferromagnétiques constitue sans doute la plus ancienne application du magnétisme à l'analyse chimique. On met à profit les forces importantes produites par un aimant sur les matériaux ferromagnétiques pour enrichir les minerais de fer. Si les particules riches en fer sont constituées de magnétite, les champs magnétiques utilisés sont de l'ordre de 0,3 tesla (séparation magnétique à basse intensité), tandis que les particules d'hématite nécessitent des champs de 0,2 tesla (séparation magnétique à haute intensité). Dans ce dernier cas, après broyage, on peut transformer d'abord Fe2O3 en Fe3O4 par un grillage dit « magnétisant », ce qui permet ensuite d'effectuer une séparation magnétique à basse intensité.

Les techniques magnétiques sont intéressantes chaque fois qu'un des composants du mélange possède une susceptibilité très supérieure à celle des autres : c'est le cas, en particulier, d'un constituant paramagnétique ou ferromagnétique dans un mélange diamagnétique ou d'un constituant ferromagnétique dans un mélange paramagnétique. La variation des susceptibilités en fonction de la température et du champ magnétique apporte des indications complémentaires.

La détermination quantitative de la composition d'un échantillon résulte le plus souvent de l'application de la loi des mélanges, ou loi de Wiedemann, d'après laquelle la susceptibilité massique χ d'un mélange est liée aux susceptibilités massiques χ1, χ2, ... et aux pourcentages pondéraux P1, P2, ... de ses constituants par l'expression :

Il importe cependant de noter que, si cette loi est bien vérifiée dans le cas de mélanges mécaniques ou de solutions diamagnétiques, elle peut être en défaut pour les solutions solides et même pour les solutions liquides paramagnétiques par suite de l'interaction possible des ions entre eux et avec le solvant.

Dans les cas favorables, il est possible de réaliser des dosages rapides sans destruction des échantillons : dosage d'un ion paramagnétique dans un verre, dosage de l'oxygène dans un gaz.

Analyseurs d'oxygène

L'oxygène est un des rares gaz paramagnétiques avec l'oxyde nitrique, le bioxyde d'azote et le bioxyde de chlore. En l'absence de ces trois derniers gaz, la mesure de la susceptibilité d'un mélange permet de calculer aisément la concentration en oxygène, car sa susceptibilité est de 100 à 1 000 fois supérieure à celle des autres gaz.

Un certain nombre d'appareils simples, de dimensions réduites et facilement transportables, fondés sur ce principe ont été commercialisés, tel celui de la firme Beckman. Il est constitué par une pièce de verre en forme d'haltère suspendue entre deux fils de torsion en quartz. Les deux sphères sont placées dans le gradient de champ magnétique produit par un aimant permanent ; l'ensemble est entouré d'une enceinte étanche dans laquelle on fait pénétrer le gaz à analyser. Le couple magnétique est alors proportionnel à la différence des susceptibilités par unité de volume du verre et du gaz étudié ; il produit une rotation du système, repérée grâce à la méthode de Poggendorf, qui est approximativement proportionnelle à la concentration en oxygène. Ces appareils permettent de réaliser en quelques secondes une mesure de concentration en oxygène avec une précision de 1 p. 100.

Analyseur Beckman

Dessin : Analyseur Beckman

Analyseur d'oxygène Beckman 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Titrations magnétiques

Dans d'autres cas, on se sert simplement de la susceptibilité magnétique lors d'une titration pour repérer le point d'équivalence, c'est-à-dire le moment à partir duquel la réaction est complète.

Ainsi, lors de la titration d'une solution d'oxyhémoglobine (diamagnétique) par une solution d'hydrosulfite de sodium Na2S2O4 (diamagnétique), il se produit une réduction du premier composé en hémoglobine (paramagnétique). Le graphique de la figure montre la variation de susceptibilité en fonction du nombre n de centimètres cubes de solution d'hydrosulfite ajoutée.

Variation de la susceptibilité magnétique au cours d'une titration

Dessin : Variation de la susceptibilité magnétique au cours d'une titration

Variation de la susceptibilité magnétique au cours de la titration d'une solution d'oxyhémoglobine par une solution d'hydrosulfite de sodium (Na2S2O4). Le point  M marque la neutralisation. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Dosage du carbone dans les aciers

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Bromure d'éthyle : spectre R.M.N.

Bromure d'éthyle : spectre R.M.N.
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Déplacements chimiques des protons appartenant à différents groupes fonctionnels

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Porphyrindine

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Ions : exemples de représentation schématique

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Écrit par :

  • : professeur à l'université de Bordeaux-I, responsable de l'équipe de recherche de physicochimie théorique associée au C.N.R.S., laboratoire de chimie-physique de l'université de Bordeaux-I

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Pour citer l’article

Jean HOARAU, « MAGNÉTOCHIMIE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 20 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/magnetochimie/