Notes sur les connaissances de base de la spectroscopie - 1° partie, Notes de Chimie

Télécharge Notes sur les connaissances de base de la spectroscopie - 1° partie et plus Notes au format PDF de Chimie sur Docsity uniquement! ---------------------------------------------------------------------------------------- Um5a_fsr/ Filière SMC/ S4/ Module 14/ Cours de Spectroscopie/ Chapitre I/ F.GUEDIRA 1 CHAPITRE I CONNAISSANCES DE BASE DE LA SPECTROSCOPIE I - DEFINITION La spectroscopie est l'étude des rayonnements électromagnétiques émis, absorbés ou diffusés par la matière. Celle-ci effectue une transition d’un état quantique à un autre état quantique. L'analyse des rayonnements en leurs différentes fréquences s'effectue à l'aide d’appareils appelés spectrographes ou spectromètres : elle permet d'obtenir leurs spectres électromagnétiques. II – HISTORIQUE L'histoire de la spectroscopie commence avec la théorie des couleurs proposée par Isaac Newton en 1672. La lumière « blanche » est décomposée par un prisme en ses composantes élémentaires (élémentaires puisqu'elles ne sont plus décomposées par un autre prisme) constituant les sept couleurs de l’arc en ciel. Ces couleurs sont en fait une succession de radiations visibles de longueurs d’onde continuellement variables. En 1803, Inglefield suggéra qu'il pouvait y avoir des rayons invisibles au-delà du violet. L'existence de ces rayons ultraviolets fut démontrée par Ritter et Wollaston. Le rayonnement infrarouge fut découvert par Frédéric Wilhelm Herschel en 1800: en mesurant les températures dans différentes zones du spectre solaire, il constata que le maximum se situait en dehors du domaine visible. Le physicien Gustav Robert Kirchhoff et le chimiste Robert Wilhelm Bunsen énoncèrent, en 1860, le principe de l'analyse chimique fondée sur l'observation du spectre. Leurs expériences prouvèrent que les sels des métaux alcalins et alcalino-terreux introduits dans la flamme du brûleur de Bunsen ont des spectres caractéristiques de ces métaux. Au début du XXème siècle, il n'existait que quelques spectromètres permettant d'étudier ces radiations. Après 1945, leur nombre s'est accru dans des proportions considérables. Cela est dû d'une part au développement de la technologie et d'autre part à l'utilisation croissante de la spectroscopie par les physico-chimistes et les chimistes. III – INTERACTION DES ONDES ELECTROMAGNETIQUES AVEC LA MATIERE Selon Max Planck, les échanges d'énergie entre matière et rayonnement se font par quanta d'énergie : ∆E = hν. h est la constante de Planck. Elle est égale à 6,624.10-34 joule.seconde. En d’autres termes, l’énergie rayonnée par la matière est proportionnelle à la fréquence du rayonnement avec lequel elle interagit. III.1 - Processus fondamentaux de l’interaction rayonnement - matière Trois processus sont à la base de tous les phénomènes spectroscopiques. ---------------------------------------------------------------------------------------- Um5a_fsr/ Filière SMC/ S4/ Module 14/ Cours de Spectroscopie/ Chapitre I/ F.GUEDIRA 2 III.1.1 - Absorption Si un système matériel est soumis à l’action d’un faisceau de lumière d’énergie donnée, un photon peut être absorbé. Le système passe du niveau d’énergie Ei au niveau Ej : hν = Ej- Ei. III.1.2 - Emission Un système d’énergie Ej peut émettre spontanément un photon pour descendre sur un niveau inférieur Ei tel que hν = Ej-Ei. Le plus simple exemple d'émission spontanée est la lampe à incandescence. Le filament de tungsten est porté à une température d'incandescence par effet joule, dû au courant électrique. Les électrons des couches externes des atomes de tungsten sont alors dans un état excité et vont relaxer par émission d'un spectre continu d'ondes. III.1.3 - Diffusion Le choc entre la matière et une radiation de fréquence ν0 peut renvoyer le photon dans une autre direction, avec ou sans modification de son énergie. On dit qu’il y a diffusion. - Lorsque l’énergie n’est pas changée, le choc est dit élastique. Ceci correspond à la diffusion Rayleigh ou diffusion élastique, qui conserve la fréquence de l’onde incidente (ν0 =νd ; νd : fréquence de l’onde diffusée). - Lorsque le photon emprunte ou cède de l’énergie au système, qui passe d’un état Ei à un état Ej, le choc est dit inélastique. Ce phénomène porte le nom de diffusion Raman ou diffusion inélastique.