Cours de tleS – Spectres UV- visibles des espèces colorées – Terminale
Une liaison hydrogène s’établit entre un atome d’hydrogène porté par un atome très électronégatif (F, O, N et Cl) et un autre atome très électronégatif.
La spectroscopie fournit des informations sur la structure des espèces chimiques. Les spectroscopes UV-visibles, IR et RMN sont des spectroscopies d’absorption.
Les objectifs de ce chapitre : Présenter les spectres UV-Visibles de molécules : décrire le dispositif expérimental et interpréter les spectres obtenus. Montrer le lien entre la longueur d’onde maximale absorbée et la couleur perçue. Rappeler et approfondir des notions qui avaient été vues en Première concernant les molécules colorées : liaisons conjuguées, chromophores, etc. Donner une application des spectres UV-Visible.
Spectre UV-visibles des espèces colorées
Un spectre UV-visible donne l’évolution de l’absorbance A en fonction de la longueur d’onde λ (en nm). Il est caractéristique de l’espèce étudiée. Une espèce colorée absorbe fortement certaines radiations du domaine du visible.
Quand le spectre UV-visible d’une espèce colorée présente un maximum d’absorption autour d’une longueur d’onde λmax appartenant au domaine du visible, la couleur perçue est la couleur complémentaire de celle correspondant à λmax.
Dispositif expérimental pour établir un spectre UV-Visible:
De manière schématique, un montage pour réaliser un spectre UV-Visible d’une molécule peut se présenter sous la forme suivante (schéma de fonctionnement d’un spectrophotomètre) :
Habituellement, pour les spectres UV-Visibles, les longueurs d’onde λ employées sont :
- Dans l’UV : de 190 à 400 nm. On parle de proche UV.
- Dans le visible : de 400 nm à 750 nm.
La source lumineuse doit pouvoir émettre une lumière polychromatique continue dans ces domaines de longueurs d’onde. Les lampes à décharge au xénon en sont capables. Sinon, il est aussi possible d’utiliser deux sources en même temps : l’une assurant la partie visible (filament au Tungstène par exemple), et l’autre la partie UV (lampe à décharge au deutérium).
La solution placée dans la cuve contient la molécule à étudier. Il existe aussi la possibilité de travailler en phase gazeuse, avec des cuves étanches. Pour travailler dans l’UV, la cuve ne peut pas être en verre ou en plastique, car ces matériaux absorbent les UV. On utilise alors des cuves en quartz.
Le rôle du prisme est de séparer les diverses radiations (diverses longueurs d’onde) qui ont été transmises à travers la cuve. Certains spectrophotomètres peuvent utiliser un réseau optique à la place, c’est-à-dire un ensemble de raies très fines, qui agissent comme le prisme.
Le détecteur va mesurer l’intensité lumineuse I transmise pour chacune des longueurs d’onde. Les barrettes de diodes sont bien adaptées à cet usage. Elles consistent en un alignement de photodiodes (capteurs lumineux) mesurant simultanément l’intensité pour plusieurs longueurs d’ondes.
Pour une longueur d’onde donnée, l’intensité transmise I satisfait la double inéquation, ou encore, où est l’intensité incidente.
On appelle transmittance le rapport :
Dans la pratique, T peut varier selon plusieurs ordres de grandeurs. Afin d’avoir une grandeur plus manipulable, on prend le logarithme décimal de la transmittance :
Pour obtenir une grandeur positive, on définit finalement l’absorbance A comme :
Pour chaque longueur d’onde λ, l’intensité I mesurée est comparée à pour estimer l’absorbance correspondante, ce qui permet d’établir le spectre.
Les molécules colorées
Les chromophores:
Dans une molécule, une alternance de liaisons simples et de liaisons doubles constituent des liaisons conjuguées. Cet ensemble forme un chromophore. Les électrons des doubles liaisons sont délocalisés à l’ensemble du chromophore. Autrement dit, ils peuvent se déplacer le long de cette structure.
Une conséquence directe de cet effet est que le chromophore peut absorber des photons (particules lumineuses) de certaines longueurs d’onde. Si la molécule ne possède qu’une structure de type chromophore (et rien d’autre), il existe un lien direct entre la longueur n du chromophore (nombre de doubles liaisons) et la longueur d’onde λmax la plus absorbée.
Les auxochromes:
Des structures du nom d’auxochromes sont capables de modifier la longueur d’onde λmax absorbée par le chromophore, ainsi que la valeur de l’absorbance correspondante.
Un auxochrome est constitué d’un groupement d’atomes situés au voisinage direct du chromophore, et qui intervient alors sur la délocalisation électronique de celui-ci. Cela peut se traduire par :
Augmentation de λmax, on parle alors d’effet bathochrome.
Diminution de λmax: effet hypsochrome.
Augmentation de l’absorbance (notamment pour λ=λmax) : effet hyperchrome.
Diminution de l’absorbance : effet hypochrome.
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