Selon les théories de Planck et d’Einstein, l’énergie de la lumière est quanti?able.
L’équation 5.1, soit l’équation de Planck, démontre que l’énergie lumineuse (E) est
proportionnelle à sa fréquence (ν). Ainsi, plus la fréquence d’une onde est élevée, plus
son énergie est grande. La constante de proportionnalité (h) est la constante de Planck,
et elle est égale à 6,626 × 10
−34 J • s.
E photon = hν
(équation 5.1)
Sachant que la vitesse de propagation d’une onde est le produit de sa fréquence
par sa longueur d’onde (voir l’équation 5.2), et que le nombre d’onde (n ) (en m
−1 ou
sous-unités ; en cm
−1 dans la région de l’infrarouge), un autre paramètre pouvant
caractériser une onde, est dé?ni comme étant le nombre d’oscillations de l’onde par
centimètre (soit l’inverse de la longueur d’onde), l’équation de Planck peut se réécrire
sous la forme de l’équation 5.3. La longueur d’onde étant inversement proportionnelle
à la fréquence, et donc à l’énergie, plus sa valeur est élevée, plus l’énergie est faible.
c = λν
(équation 5.2)
(équation 5.3)
5.3 Principes de base de la spectroscopie
Bien que les caractérisations spectroscopiques abordées dans ce chapitre soient très distinctes quant à l’information structurale qu’elles fournissent, elles comportent toutes
l’absorption d’une radiation suivie d’une perturbation propre à la longueur d’onde
d’excitation (vibration, rotation, transitions électroniques particulières, etc.) au sein
du composé.
Lorsqu’un composé absorbe de l’énergie, il se trouve dans un état excité. Cette perturbation, perçue grâce à un détecteur, est enregistrée par un spectromètre. Un graphique, appelé « spectre », peut ensuite être tracé grâce aux informations recueillies.
La quantité d’énergie fournie par l’irradiation et absorbée par le composé doit être
exactement concordante avec l’énergie nécessaire (nhν, où n = 1, 2, 3, etc.) pour provoquer la perturbation. Une demi-énergie ne provoquera jamais une demi-excitation !
Ainsi, chaque type de perturbation est associé à une énergie quanti?ée qui lui est propre.
La ?gure 5.5 démontre le principe général de la spectroscopie, particulièrement
celui des spectroscopies infrarouge et UV-visible. Lorsqu’une source lumineuse
traverse un échantillon, deux phénomènes peuvent se produire. Dans un premier
temps, si l’échantillon n’absorbe pas la radiation (voir la ?gure 5.5 a), les molécules de
l’échantillon demeurent à leur état fondamental d’énergie. La quantité maximale du
rayonnement est alors perçue par le détecteur. Ainsi, un maximum de lumière incidente (I 0 ) est transmis au détecteur (I = I 0 ). Dans un deuxième temps, si l’échantillon
absorbe une certaine quantité de la lumière incidente, cela signi?e que les molécules
de l’échantillon subissent une perturbation. Le détecteur perçoit alors une diminution
signi?cative de l’intensité du rayonnement (I < I 0 ). L’énergie absorbée correspond à
l’énergie nécessaire pour que les molécules puissent passer de leur état fondamental
d’énergie à un état excité (voir la ?gure 5.5 b). Le spectre enregistré par le spectromètre
est, en général, un graphique de la quantité d’énergie (liée au nombre de photons
absorbés par l’échantillon) captée par le détecteur en fonction de l’énergie émise par
la source lumineuse.
Physicien allemand, Planck est né le
23 avril 1858 à Kiel, en Allemagne.
Hésitant entre la musique (il a
d’ailleurs écrit quelques compositions) et les sciences, il décida ?nalement d’entreprendre des études
en mathématiques et en physique à
l’Université de Berlin. Il s’intéressa
au rayonnement électromagnétique
des corps noirs, puis introduisit, en
1899, le concept de quanti?cation
de l’énergie (la théorie des quanta).
Il reçut le prix Nobel de physique en
1918 pour ses travaux sur le sujet.
Planck s’éteignit le 4 octobre 1947.
PLANCK (1858-1947)
MAX
230 Chapitre 5 Spectroscopie
L’équation 5.1, soit l’équation de Planck, démontre que l’énergie lumineuse (E) est
proportionnelle à sa fréquence (ν). Ainsi, plus la fréquence d’une onde est élevée, plus
son énergie est grande. La constante de proportionnalité (h) est la constante de Planck,
et elle est égale à 6,626 × 10
−34 J • s.
E photon = hν
(équation 5.1)
Sachant que la vitesse de propagation d’une onde est le produit de sa fréquence
par sa longueur d’onde (voir l’équation 5.2), et que le nombre d’onde (n ) (en m
−1 ou
sous-unités ; en cm
−1 dans la région de l’infrarouge), un autre paramètre pouvant
caractériser une onde, est dé?ni comme étant le nombre d’oscillations de l’onde par
centimètre (soit l’inverse de la longueur d’onde), l’équation de Planck peut se réécrire
sous la forme de l’équation 5.3. La longueur d’onde étant inversement proportionnelle
à la fréquence, et donc à l’énergie, plus sa valeur est élevée, plus l’énergie est faible.
c = λν
(équation 5.2)
(équation 5.3)
5.3 Principes de base de la spectroscopie
Bien que les caractérisations spectroscopiques abordées dans ce chapitre soient très distinctes quant à l’information structurale qu’elles fournissent, elles comportent toutes
l’absorption d’une radiation suivie d’une perturbation propre à la longueur d’onde
d’excitation (vibration, rotation, transitions électroniques particulières, etc.) au sein
du composé.
Lorsqu’un composé absorbe de l’énergie, il se trouve dans un état excité. Cette perturbation, perçue grâce à un détecteur, est enregistrée par un spectromètre. Un graphique, appelé « spectre », peut ensuite être tracé grâce aux informations recueillies.
La quantité d’énergie fournie par l’irradiation et absorbée par le composé doit être
exactement concordante avec l’énergie nécessaire (nhν, où n = 1, 2, 3, etc.) pour provoquer la perturbation. Une demi-énergie ne provoquera jamais une demi-excitation !
Ainsi, chaque type de perturbation est associé à une énergie quanti?ée qui lui est propre.
La ?gure 5.5 démontre le principe général de la spectroscopie, particulièrement
celui des spectroscopies infrarouge et UV-visible. Lorsqu’une source lumineuse
traverse un échantillon, deux phénomènes peuvent se produire. Dans un premier
temps, si l’échantillon n’absorbe pas la radiation (voir la ?gure 5.5 a), les molécules de
l’échantillon demeurent à leur état fondamental d’énergie. La quantité maximale du
rayonnement est alors perçue par le détecteur. Ainsi, un maximum de lumière incidente (I 0 ) est transmis au détecteur (I = I 0 ). Dans un deuxième temps, si l’échantillon
absorbe une certaine quantité de la lumière incidente, cela signi?e que les molécules
de l’échantillon subissent une perturbation. Le détecteur perçoit alors une diminution
signi?cative de l’intensité du rayonnement (I < I 0 ). L’énergie absorbée correspond à
l’énergie nécessaire pour que les molécules puissent passer de leur état fondamental
d’énergie à un état excité (voir la ?gure 5.5 b). Le spectre enregistré par le spectromètre
est, en général, un graphique de la quantité d’énergie (liée au nombre de photons
absorbés par l’échantillon) captée par le détecteur en fonction de l’énergie émise par
la source lumineuse.
Physicien allemand, Planck est né le
23 avril 1858 à Kiel, en Allemagne.
Hésitant entre la musique (il a
d’ailleurs écrit quelques compositions) et les sciences, il décida ?nalement d’entreprendre des études
en mathématiques et en physique à
l’Université de Berlin. Il s’intéressa
au rayonnement électromagnétique
des corps noirs, puis introduisit, en
1899, le concept de quanti?cation
de l’énergie (la théorie des quanta).
Il reçut le prix Nobel de physique en
1918 pour ses travaux sur le sujet.
Planck s’éteignit le 4 octobre 1947.
PLANCK (1858-1947)
MAX
230 Chapitre 5 Spectroscopie