CHIMIE Cours - Classe de terminale S

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Observer - Terminale S
Chapitre 4: L'analyse spectrale

Les spectres infrarouge

Absorption des rayonnements infrarouge par les composés organiques
Les spectres infrarouges sont utilisés pour identifier les différents types de liaisons présentes dans une molécule organique. Quel que soit l'état ( solide, liquide ou gazeux ), les atomes d'une molécule ne sont jamais totalement immobiles: ils sont dotés de mouvements de vibration qui modifient légèrement et périodiquement la longeur et l'orientation des liaisons.
Les molécules organiques peuvent absorber des rayonnements infrarouge qui modifient l'état de vibration de leurs liaisons. La longueur d'onde de ces rayonnement dépend principalement de la nature des atomes liés et du type de liaison ( simple, double ou triple )  mais aussi des liaisons voisines et du solvant utilisé.

Tracé d'un spectre infrarouge
Le tracé d'un spectre infrarouge diffère de celui d'un spectre ultraviolet.
L'axe des abscisses
Il comporte le nombre d'onde noté σ ( lettre grecque sigma ) qui correspond à l'inverse de la longueur d'onde:
 σ =  1                        avec λ en centimètre ( cm )
           λ                                 σ en centimètre moins un ( cm-1)
Par ailleurs cet axe est gradué de gauche à droite de manière décroissante
L'axe des ordonnées
Il comporte la transmittance qui est une grandeur notée T,  sans unité mais en général exprimée sous forme d'un pourcentage et définie par la relation:
T =  I  x 100    où I0 est l'intensité du rayonnement incident du spectroscope                        
           I0                      I est l'intensité du rayonnement après la traversée de la cuve du spectroscope
                                     T est exprimée en pourcent
La transmittance exprime la proportion de rayonnement traversant la cuve sans être absorbée:
-  Si pour une longueur d'onde donnée il n'y a pas d'absorption alors T = 100 %
- Si pour  une longueur d'onde donnée un rayonnement est totalement absorbé alors T = 0 %
- Une absorption concerne en général non pas une longueur d'onde donnée mais un intervalle de longueur d'onde qui peut avoir une amlitude variable: le spectre comporte alors une " bande d'absorption " dirigée vers le bas.

Le rayonnement infrarouge
Les infrarouges correspondent à des rayonnements dont la longueur d'onde est comprise entre 800 nm et 1 mm mais la spectroscopie IR ne fait en général appel qu'à ceux compris approximativement entre 2,5 μm et 25 μm ce qui correspond à un intervalle de nombre d'onde compris entre 400 et 4000 cm-1.

Identification des liaisons grâce à un spectre infrarouge
Il est possible de distinguer deux zones différentes sur un spectre infrarouge:
- L'intervalle des nombres d'onde compris entre 400 et 1400 cm-1 comporte des pics et bandes d'absorption caractéristiques de l'espèce chimique analysée. Cette zone correspond à " l'empreinte digitale " de l'espèce chimique et permet de l'identifier à partir de spectres infrarouge connus.
- L'intervalle des nombres d'onde compris entre 1400 et 4000
cm-1 comporte les bandes d'absorption des différents types de liaison ( avec cependant quelques exceptions pour des liaisons dont les bandes se situent en dessous de 1400 cm-1).

Les plages d'absorption des principales liaisons:

Liaison Plage d'absorption ( en cm-1)
 Entre un hydrogène et un carbone comportant uniquement des liaisons simples 2850 - 2960
Entre un hydrogène et un carbone comportant une double liaison 3010 - 3100
Entre un hydrogène et un carbone comportant un triple liaison vers 3300
Entre deux carbone triplement liés 2100 - 2260
Entre un carbone et un oxygène liés par une liaison simple 1000 - 1300
Entre un carbone et un oxygène liés par une double liaison 1700 - 1750
Entre un oxygène et un hydrogène 3590 - 3650

Remarque: ces plage peuvent être modifiées lors de l'existence de liaisons hydrogène

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