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 …