Méthodes physiques d’analyse : La spectroscopie

Spectroscopie infrarouge

Un spectre infrarouge $\rm IR$ permet d'identifier des groupes caractéristiques mais pas d'identifier le squelette d'une molécule. Il s'agit d'un graphe représentant en abscisse le nombre d'onde $\sigma$ en $\rm cm^{-1}$ et en ordonnée la transmittance $\rm T$ ($\rm T$ varie de $0$ à $100\%$).

Relation du nombre d'onde

Le nombre d'onde $\sigma$ est donné par la relation : $\sigma = 1 / \lambda$ avec $\lambda$ longueur d'onde en $\rm m$. Une bande d'absorption est une bande qui correspond à une baisse de transmittance.

Spectroscopie UV-visible

Spectre de la lumière blanche

Le spectre de la lumière blanche est continu avec des radiations comprises entre $380$ et $\rm 780~nm$.

Absorbance d'une solution

L'absorbance $\rm A$ (sans unité) d'une solution est une grandeur qui caractérise la capacité d'une solution colorée à absorber une partie de la lumière qui la traverse pour une longueur d'onde $\lambda$ donnée. On mesure l'absorbance $\rm A$ d'une solution à l'aide d'une cuve placée dans un spectrophotomètre. On mesure A pour chaque longueur d'onde du visible et on trace $\rm A = f(\lambda)$.

Exemple

On obtient par exemple :

Interprétation du spectre d'absorption

Le spectre d'absorption de la solution présente un maximum pour $\rm \lambda = 530~nm$. La couleur de la solution est donc la couleur complémentaire sur le cercle chromatique soit magenta.

EN RÉSUMÉ

Objectif

Définir ce qu'est une onde, connaître ses grandeurs caractéristiques, et savoir utiliser les formules de base pour les calculs.

Pourquoi c'est important ?

L'étude des ondes permet de :

• Comprendre le son, la lumière, les ondes radio, les séismes, etc.
• Concevoir des technologies comme Wi-Fi, IRM, radar.
• Étudier les propriétés des matériaux et leur interaction avec l'énergie.

Petit rappel

• Une onde est un phénomène de propagation d'une perturbation sans transport de matière, mais avec transport d'énergie.
• Deux grands types :
  • Onde mécanique : nécessite un milieu matériel (ex. son, vagues)
  • Onde électromagnétique : se propage aussi dans le vide (ex. lumière, ondes radio)

🔧 Les étapes pour assurer

1. Grandeurs caractéristiques d'une onde

2. Formule fondamentale

$$v = \lambda \times f$$

Où :

• $v$ : vitesse en $\mathrm{m/s}$
• $\lambda$ : longueur d'onde en $\mathrm{m}$
• $f$ : fréquence ($\mathrm{Hz}$)

Exemple

Une onde a une longueur d'onde $\lambda = 4\,\mathrm{m}$ et une fréquence $f = 50\,\mathrm{Hz}$.

$v = \lambda \times f = 4 \times 50 = 200\,\mathrm{m/s}$

3. Ondes mécaniques vs électromagnétiques

• Mécaniques : se propagent dans les solides, liquides ou gaz.
  • Exemples : son, vagues, ondes sismiques.
  • Leur vitesse dépend du milieu (plus rapide dans les solides).
• Électromagnétiques : se propagent dans le vide à la vitesse de la lumière $c = 3 \times 10^8\,\mathrm{m/s}$.
  • Exemples : lumière visible, micro-ondes, rayons X.

4. Type de propagation

• Onde transversale : la perturbation est perpendiculaire à la direction de propagation (ex. onde à la surface de l'eau, lumière).
• Onde longitudinale : la perturbation est parallèle à la direction de propagation (ex. son dans l'air).

❌ On évite absolument

• Mélanger les unités ($\mathrm{Hz} \neq \mathrm{s}$).
• Oublier que $T = \dfrac{1}{f}$.
• Penser qu'une onde transporte de la matière. Elle transporte de l'énergie

✅ On valide

• Identifier si l'onde est mécanique ou électromagnétique.
• Utiliser la formule $v = \lambda \times f$ en unités SI ($\mathrm{m}$, $\mathrm{s}$, $\mathrm{Hz}$).
• Vérifier la cohérence des valeurs (par exemple la lumière a une vitesse proche de $3 \times 10^8\,\mathrm{m/s}$)

Le petit + à retenir