SpectroscopieIR

Les techniques spectroscopiques permettent de sonder la matière par différentes méthodes pour en déduire des informations sur la structure des molécules qui composent cette matière.

Une technique spectroscopique à pour principe d'irradier (radiations électromagnétiques) un corps et de voir quelles sont les conséquences de cette radiation sur ce corps. Selon la technique mise en jeu, on pourra déduire des spectres obtenus des informations à caractère structural.

Quelques exemples de techniques spectroscopiques :

- Vues en TS : spectrophotométrie UV-visiblespectroscopie IRspectroscopie RMN

- Non vues en TS : spectroscopie Ramanspectrométrie de massespectroscopie de RPEetc…

Spectroscopie IR (Infrarouge)Principe (liaisons chimiques)

Une liaison covalente correspond à la mise en commun de deux électrons par deux atomes. Ils se retrouvent alors liés au sein d’une molécule.

Une liaison covalente peut être modélisée par un petit ressort.

Les liaisons covalentes peuvent donc vibrer de plusieurs façons différentes, comme un petit ressort.

Un peu comme pour les ondes sonores, seuls certains modes de vibrations existent, correspondant à une fréquence bien précise et donc à une énergie bien précise.

Spectroscopie IR (Infrarouge)

Exemple : modes de vibration du groupe CH2 :

(voir les mouvements avec le logiciel Specamp)

Principe (liaisons chimiques)

Spectroscopie IR (Infrarouge)

Chaque mode de vibration correspond à une fréquence de vibration particulière (et une seule), et donc à une énergie particulière.

La valeur de cette fréquence (et donc de l’énergie) dépend de la nature des atomes liés et de la liaison en question. Elle est donc caractéristique d’une liaison.

Principe (liaisons chimiques)

Spectroscopie IR (Infrarouge)Principe (obtention d’un spectre)

On envoie une onde électromagnétique à travers l’échantillon à analyser. Si cette onde à une fréquence correspondant à un mode vibration possible d’une liaison, alors elle est absorbée.

On mesure alors la transmitance T :

Une transmitance de 100 % signifie que l’onde n’est pas absorbée.Une transmitance de 0 % signifie absorption totale de l’onde.De ce fait, les spectres possèdent des bandes d’absorption orientées vers le bas.

100II%en 0

T

hcE

cν

λ1σ

Un spectre IR représente la transmitance en fonction du nombre d’onde σ des radiations envoyées.

Le nombre d’onde à l’avantage d’être à la fois proportionnel à la fréquence et à l’énergie de l’onde envoyée :

Spectroscopie IR (Infrarouge)Principe (obtention d’un spectre)

Rappel : l’énergie d’une onde électromagnétique (ou du photon associé) :

L’unité utilisée en IR pour le nombre d’onde est le cm-1 (ce n’est pas l’unité SI)

Spectroscopie IR (Infrarouge)Lecture d’un spectre

Nombre d’onde (en cm-1)Axe orienté vers la droite

Transmitance

Zone de bandes caractéristiques de certaines liaisons(Facilement exploitable, à l’aide de tables de données)

« Zone d’empreinte digitale »(Difficilement exploitable, ou alors en comparaison avec un spectre de référence)

Spectroscopie IR (Infrarouge)Lecture d’un spectre

Spectre IR du 2-chloro-2-méthylpropane Spectre IR du 2-méthylpropan-2-ol

Bande caractérisitique de la liaison C – H

Bande caractérisitique de la liaison C – H

Bande caractérisitique de la liaison O – H

Spectroscopie IR (Infrarouge)Table de données IR

Cette table est loin d’être complète, vous serez peut-être amenés à en utiliser une autre dans les exercices.

Spectroscopie IR (Infrarouge)Mise en évidence de la liaison hydrogène

Rappel :

La liaison hydrogène est une liaison non covalente, de faible énergie.

Cette liaison peut s’établir entre des molécules possédant des atomes très électronégatifs (O et N) et des H liés à ces atomes :

Liaison H Liaison covalente

Les liaisons H se forment donc entre des molécules possédant des liaisons O – H et/ou N – H.

Spectroscopie IR (Infrarouge)Mise en évidence de la liaison hydrogène

Sur un spectre IR, la présence de liaisons H se traduit par l’apparition d’un pic très large et très intense :

Spectre du pentan-2-ol en phase gazeuse (absence de liaisons H)

Bande fine vers 3600 cm-1

Spectre du pentan-2-ol en phase condensée (présence de liaisons H)

Bande large vers 3300 cm-1