Fiche de cours : Spectroscopie — Terminale spécialité physique-chimie

Spectre infrarouge (IR)

En abscisse d'un spectre IR figure le nombre d'onde σ = 1 / λ, en cm⁻¹, et en ordonnée la transmittance en %. Une liaison absorbe autour d'un nombre d'onde qui lui est propre : c'est une bande d'absorption.

Le spectre type de la fiche, gradué de 4000 à 500 cm⁻¹, situe une bande O−H large, une bande C−H et une bande C=O fine et forte. En dessous de 1500 cm⁻¹ environ s'étend une zone complexe, non exploitée.

Bandes à reconnaître et groupes caractéristiques

La fiche rassemble les bandes à reconnaître, avec la famille et le groupe caractéristique :

• O−H d'un alcool (hydroxyle) : 3200 à 3400 cm⁻¹, bande forte et large ;
• O−H d'un acide carboxylique (carboxyle) : 2500 à 3200 cm⁻¹, très large ;
• N−H d'une amine ou d'un amide : 3100 à 3500 cm⁻¹, moyenne ;
• C−H de la chaîne carbonée : 2800 à 3100 cm⁻¹, moyenne ;
• C=O d'un aldéhyde, d'une cétone, d'un acide, d'un ester ou d'un amide : 1650 à 1750 cm⁻¹, forte et fine.

Ces valeurs sont indicatives : la table des bandes est donnée dans l'énoncé.

Méthode : attribuer ou valider un spectre IR

La méthode tient en cinq étapes. On liste d'abord les liaisons de la molécule, puis on repère chaque bande par son nombre d'onde, son intensité et sa largeur. Une bande absente prouve une liaison absente. Pour départager deux espèces, on cherche la liaison que l'une seule possède. On conclut enfin : le spectre est compatible, ou non, avec la molécule proposée.

Spectre UV-visible et couleur d'une solution

Le spectre UV-visible donne l'absorbance A en fonction de λ, en nm ; son sommet, l'absorbance maximale, est atteint à λ_max. La solution a la couleur complémentaire de la couleur absorbée (celle de λ_max) : elles sont opposées sur le cercle chromatique.

Une espèce incolore n'a aucune absorption dans le visible, de 400 à 800 nm. Pour mesurer A, on règle le spectrophotomètre sur λ_max.

Loi de Beer-Lambert

La loi de Beer-Lambert s'écrit A = ε × ℓ × c. A est l'absorbance, sans unité ; ε le coefficient d'absorption molaire, en L·mol⁻¹·cm⁻¹ ; ℓ l'épaisseur de la cuve, en cm ; c la concentration de l'espèce, en mol·L⁻¹.

À λ et cuve fixées, A est proportionnelle à c : A = k × c. La loi est valable pour une solution diluée et limpide, éclairée en lumière monochromatique.

Dosage par étalonnage

Le dosage par étalonnage suit quatre étapes : préparer une gamme de solutions étalons, mesurer leur absorbance à λ_max, tracer A = f(c), qui doit être une droite passant par l'origine, puis mesurer A_S pour la solution à doser et lire c_S sur la droite. Si A_S se trouve au-delà de la gamme, il faut diluer d'abord la solution avant la mesure.