CHAPITRE 3 – PROPRIÉTÉS OPTIQUES
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fourni par Co
2+ dont la coordinence 4 dans les verres alcalins produit la
couleur bleue bien connue. En revanche, dans un verre de borate contenant
peu d’alcalins, la coordinence est 6 et la couleur rose. La théorie quantique de ces effets qui reposent sur le caractère très directionnel des orbitales d, est appelée théorie des champs de ligands et a été développée par
H. Bethe. Son application au verre est décrite en détail par Bates [117].
Un autre groupe de colorants ioniques à valence invariable est constitué par les ions des terres rares. Leurs bandes d’absorption sont étroites
et de faible intensité et ne sont pas influencées par la composition du
verre. Le plus connu est Nd
3+ . Ce colorant est « dichroïque » : bleu pâle à
faible concentration ou dans un verre de faible épaisseur, il apparaît
pourpre en forte concentration ou dans un verre de forte épaisseur. On
l’utilise pour les lunettes de protection des souffleurs de verre, car l’une
de ses bandes d’absorption coïncide avec l’une des raies du doublet
d’émission du sodium, ce qui lui permet d’absorber partiellement le
rayonnement émis par la flamme du chalumeau. Le praséodyme (Pr) et
l’erbium (Er) produisent respectivement des couleurs verte et rose.
L’efficacité d’un colorant peut être caractérisée, pour une concentration et une épaisseur fixées, par la densité optique du verre définie par le
logarithme décimal du facteur de transmission. À une teneur de 1 % et
pour une épaisseur de 1 cm la densité optique a les valeurs suivantes :
Ni
2+
14,8 à 450 nm,
Co
2+
47,7 à 590 nm,
Nd
3+
0,93 à 584 nm et 0,74 à 573 nm.
Les colorants de terres rares ont, à l’exemple de Nd
3+
, l’inconvénient
d’avoir une faible absorption, et un coût élevé.
2.1.2. Les colorants ioniques à valence variable
Le tableau 3.I donne la liste des paires d’ions dont le rapport des concentrations dépend de l’état rédox du verre et de la présence d’autres couples
rédox. L’ordre suivi sur cette liste est celui de la stabilité croissante de
l’espèce oxydée. S’il y a deux couples rédox en présence dans le verre, la
règle générale qui s’applique est que l’équilibre s’établit en faveur de l’état
oxydé du couple inférieur et de l’état réduit du couple supérieur. Il en
résulte que l’état oxydé d’un couple ne peut coexister avec l’état réduit
d’un couple situé plus bas dans le tableau 3.I. C’est ainsi qu’il n’est pas
possible de renforcer le bleu de Fe
2+ avec le bleu de Cu
2+ car la réaction
Fe
2+ + Cu
2+
→ Fe
3+ + Cu
+
est quasi totale.
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fourni par Co
2+ dont la coordinence 4 dans les verres alcalins produit la
couleur bleue bien connue. En revanche, dans un verre de borate contenant
peu d’alcalins, la coordinence est 6 et la couleur rose. La théorie quantique de ces effets qui reposent sur le caractère très directionnel des orbitales d, est appelée théorie des champs de ligands et a été développée par
H. Bethe. Son application au verre est décrite en détail par Bates [117].
Un autre groupe de colorants ioniques à valence invariable est constitué par les ions des terres rares. Leurs bandes d’absorption sont étroites
et de faible intensité et ne sont pas influencées par la composition du
verre. Le plus connu est Nd
3+ . Ce colorant est « dichroïque » : bleu pâle à
faible concentration ou dans un verre de faible épaisseur, il apparaît
pourpre en forte concentration ou dans un verre de forte épaisseur. On
l’utilise pour les lunettes de protection des souffleurs de verre, car l’une
de ses bandes d’absorption coïncide avec l’une des raies du doublet
d’émission du sodium, ce qui lui permet d’absorber partiellement le
rayonnement émis par la flamme du chalumeau. Le praséodyme (Pr) et
l’erbium (Er) produisent respectivement des couleurs verte et rose.
L’efficacité d’un colorant peut être caractérisée, pour une concentration et une épaisseur fixées, par la densité optique du verre définie par le
logarithme décimal du facteur de transmission. À une teneur de 1 % et
pour une épaisseur de 1 cm la densité optique a les valeurs suivantes :
Ni
2+
14,8 à 450 nm,
Co
2+
47,7 à 590 nm,
Nd
3+
0,93 à 584 nm et 0,74 à 573 nm.
Les colorants de terres rares ont, à l’exemple de Nd
3+
, l’inconvénient
d’avoir une faible absorption, et un coût élevé.
2.1.2. Les colorants ioniques à valence variable
Le tableau 3.I donne la liste des paires d’ions dont le rapport des concentrations dépend de l’état rédox du verre et de la présence d’autres couples
rédox. L’ordre suivi sur cette liste est celui de la stabilité croissante de
l’espèce oxydée. S’il y a deux couples rédox en présence dans le verre, la
règle générale qui s’applique est que l’équilibre s’établit en faveur de l’état
oxydé du couple inférieur et de l’état réduit du couple supérieur. Il en
résulte que l’état oxydé d’un couple ne peut coexister avec l’état réduit
d’un couple situé plus bas dans le tableau 3.I. C’est ainsi qu’il n’est pas
possible de renforcer le bleu de Fe
2+ avec le bleu de Cu
2+ car la réaction
Fe
2+ + Cu
2+
→ Fe
3+ + Cu
+
est quasi totale.