chapitre 6 : spectres uv-visible et infrarouge (ir)
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Chapitre 6 : Spectres UV-Visible et
Infrarouge (IR).
1) Spectres UV - Visible
Voir TP : quelle est la composition d’un sirop de menthe ?
Une onde électromagnétique de fréquence υo peut être absorbée par les électrons d’une molécule qui va passer d’un niveau énergétique à un autre.
I0 I
Rappel :
Atome
Spectre continu de la lumière blanche
Spectre d’absorption de raie
Le cortège électronique d’un atome peut absorber certaines ondes électromagnétiques correspondant à une fréquence et longueur
d’onde précise.
Valeur E en eV n : niveau d’énergie
1
2
345
Niveaux des états excités
Valeur E en eV n : niveau d’énergie
1
2
345
Niveaux des états excités
EB = h.B
EV = h.V
ER = h.R
Valeur E en eV n : niveau d’énergie
1
2
345
Niveaux des états excités
EB = h.B > E
ER = h.R < E
EV = h.V = E
Les niveaux d’énergie dans l’atome sont quantifiés.
Valeur E en eV n : niveau d’énergie
1
2
345
Niveaux des états excités
Que devient cette énergie absorbée par l’atome ?
Valeur E en eV n : niveau d’énergie
1
2
345
Niveaux des états excités
Que devient cette énergie absorbée par l’atome ?
Le photon (ou OEM) est émis dans une direction quelconque : c’est la diffusion.
Atome
D’où :
Par exemple, pour l’hydrogène, dans le visible, les raies d’absorption correspondent aux transitions du niveau d’énergie 2 aux niveaux 3, 4, 5.
Valeur E en eV
– 13,6
n : niveau d’énergie
– 3,4
1
2
– 1,51 3– 0,85 4
– 0,54 5
Niveaux des états excités
Il se passe en première approximation le même mécanisme d’absorption et de transition électronique pour une molécule mais comme les niveaux d’énergie sont multiples et du fait de facteurs physiques complexes (couplage des électrons, chocs avec le solvant ...), les spectres d'absorption moléculaire sont des spectres de bandes (à l'opposé des spectres de raies atomiques).
Ces transitions électroniques ont lieu dans le domaine de l’UV-visible (selon, entre autre, du nombre de double liaison conjuguées ou des groupes auxochromes).
Rouge
Orange
Jaune
Violet Vert
Bleu400 nm
465 nm
530 nm
580 nm
620 nm
750 nm
mol/L)Concentration (2 4 6 8 10 12 14 16
Absorbance (A)
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,260
14,33
Mais une molécules peut aussi absorber des ondes électromagnétiques appartenant à
d’autres domaines, les infrarouges par exemple …
2) Spectres infrarouge (IR) 2.1. Origine du spectre
Mais les liaisons de ces molécules peuvent aussi vibrer
2) Spectres infrarouge (IR) 2.1. Origine du spectre
Mais les liaisons de ces molécules peuvent aussi vibrer si elles sont excitées par une ondes se situant dans l’IR.
A chaque vibration possible correspond une longueur d‘onde située dans le domaine de infrarouge et qui pourra être absorbée par la molécule.
Doc.1 : Mode de vibration d’une molécule d’eau.
étirementsymétriqu
e
étirementantisymétriq
ue
Cisaillement
Bascule Agitation Torsion
Les vibrations des liaisons d’une molécules sont …
Un spectre IR renseigne ainsi sur …
2.2. Présentation d’un spectre
Doc. 2 : Spectre infrarouge de la propanone.
Nombre d’onde (cm–1)
2.2. Présentation d’un spectre
Doc. 2 : Spectre infrarouge de la propanone.
Nombre d’onde (cm–1)Les spectres IR présentent généralement :
- En abscisse, …
- En ordonnée, …
Le spectre IR s’étend de 500 à 4000 cmLe spectre IR s’étend de 500 à 4000 cm-1-1, ce qui correspond à , ce qui correspond à des longueurs d’onde dans le vide comprises entre 2,5 et 20 des longueurs d’onde dans le vide comprises entre 2,5 et 20
micromètres.micromètres.
Doc. 2 : Spectre infrarouge de la propanone.
Nombre d’onde (cm–1)
2.3. Bandes d’absorption caractéristiques
Nombre d’onde (cm–1)Une bande d’absorption est caractérisée par :
- …
- …
- …
A Pentane
B Pent-1-ène
C Pentan-1-ol
On établie donc le tableau 1 :
Type de liaison
Nombre d’onde (cm–
1)
Largeur de la bande
Intensité d’absorption
O – H en phase
gazeuse
3500 - 3700 fine moyenne
O – H en phase liquide
3200 - 3400 large forte
N – H en phase
gazeuse
3300 - 3500 fine faible
N – H en phase liquide
3100 - 3300 large forte
C – H 2800 - 3100 large moyenne à forte
C = O 1700 - 1800 fine forte
C = C 1500 - 1700 variable Moyenne à forte
Par exemple :
SOS Vidéo
Nombre d’onde (cm–1)
Entre 1300 et 600cm-
1, bandes de vibration de déformation: zone
difficile à analyser, appelée zone des
empreintes digitales.
Entre 4000 et 1300cm-1, bandes de vibration
d’élongation: caractéristiques des fonctions.
De 600 à 1300 cm-1, il y a …
SOS Vidéo
2.4. Mise en évidence de la liaison hydrogéne
Doc. 3 : Spectres de l’hexanol :
Etat liquide
Etat gazeux
L’association des molécules d’alcools par liaison hydrogène provoque …