La spectroscopic infrarouge (IR)
La spectroscopic IR est l’une des méthodes les plus aisées à mettre en œuvre. Son
domaine d’application est pratiquement universel et résulte largement des progrès de
l’appareillage, tant dans la production de lumière par laser que dans la précision des
détecteurs.
Fiche 18
1. Principe de l’absorption infrarouge
Examinons pour simplifier une molécule diatomique. Il est possible de montrer que la
fréquence de vibration de la molécule obéit à la loi de quantification :
V = VqC« + 1/2), n = 0 , 1,2, etc. La fréquence v est obtenue à partir de la constante de
1 ik
force k et de la masse réduite du vibrateur, p = {m m l{m + m ), selon v = — — .
2k ]i fl
Lorsque les atomes se déplacent au cours d’une vibration périodique, la variation
de la distribution électronique crée un dipôle oscillant. Ce dernier peut alors entrer en
résonance avec la composante du champ électrique de la lumière incidente de même
fréquence et absorber un photon. Ce phénomène se généralise au cas d’une molécule
quelconque.
L’absorption d’énergie lumineuse par une molécule, dans un domaine allant de 0,8 à
500 pm, est due aux vibrations et déformations mécaniques des atomes ou groupements
fonctionnels.
Pour décrire les coordonnées des N atomes composant une molécule il faut 3N
coordonnées dans l’espace, correspondant à 3iV degrés de liberté possibles. Toutefois il
faut noter qu’il n’existe seulement que 3 N - 6 possibilités de mouvements indépendants
car trois mouvements de translation dans la même direction déplacent le centre de gravité
(translation en bloc) sans changer la molécule et trois autres mouvements de rotation
autour du centre de gravité provoquent sa rotation en bloc et la laissent aussi inchangée.
Il existe 3 N - 6 modes de vibrations indépendants pour une molécule quelconque et
seulement 3 N - 5, pour les molécules linéaires.
■ a
O
c
D
Û
«JD
t H
O
CM
(y )
CT
>CL
O
U
Ces mouvements apportent à la molécule isolée, une énergie mécanique totale
qui
se décompose en trois énergies indépendantes : E^.^, énergie de vibration, E^^^, énergie
de rotation et E^, énergie de translation F = F + F + E
^ T o t
'^ v ib ^ ^ R o t ^
2
. Étude d’une molécule triatomique A3
Une molécule non linéaire, constituée de trois atomes, possède 3 x 3 - 6 = 3 modes de
vibration indépendants qui se décomposent en une vibration symétrique, une vibration
asymétrique et une vibration de déformation (figure suivante).
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La spectroscopic IR est l’une des méthodes les plus aisées à mettre en œuvre. Son
domaine d’application est pratiquement universel et résulte largement des progrès de
l’appareillage, tant dans la production de lumière par laser que dans la précision des
détecteurs.
Fiche 18
1. Principe de l’absorption infrarouge
Examinons pour simplifier une molécule diatomique. Il est possible de montrer que la
fréquence de vibration de la molécule obéit à la loi de quantification :
V = VqC« + 1/2), n = 0 , 1,2, etc. La fréquence v est obtenue à partir de la constante de
1 ik
force k et de la masse réduite du vibrateur, p = {m m l{m + m ), selon v = — — .
2k ]i fl
Lorsque les atomes se déplacent au cours d’une vibration périodique, la variation
de la distribution électronique crée un dipôle oscillant. Ce dernier peut alors entrer en
résonance avec la composante du champ électrique de la lumière incidente de même
fréquence et absorber un photon. Ce phénomène se généralise au cas d’une molécule
quelconque.
L’absorption d’énergie lumineuse par une molécule, dans un domaine allant de 0,8 à
500 pm, est due aux vibrations et déformations mécaniques des atomes ou groupements
fonctionnels.
Pour décrire les coordonnées des N atomes composant une molécule il faut 3N
coordonnées dans l’espace, correspondant à 3iV degrés de liberté possibles. Toutefois il
faut noter qu’il n’existe seulement que 3 N - 6 possibilités de mouvements indépendants
car trois mouvements de translation dans la même direction déplacent le centre de gravité
(translation en bloc) sans changer la molécule et trois autres mouvements de rotation
autour du centre de gravité provoquent sa rotation en bloc et la laissent aussi inchangée.
Il existe 3 N - 6 modes de vibrations indépendants pour une molécule quelconque et
seulement 3 N - 5, pour les molécules linéaires.
■ a
O
c
D
Û
«JD
t H
O
CM
(y )
CT
>CL
O
U
Ces mouvements apportent à la molécule isolée, une énergie mécanique totale
qui
se décompose en trois énergies indépendantes : E^.^, énergie de vibration, E^^^, énergie
de rotation et E^, énergie de translation F = F + F + E
^ T o t
'^ v ib ^ ^ R o t ^
2
. Étude d’une molécule triatomique A3
Une molécule non linéaire, constituée de trois atomes, possède 3 x 3 - 6 = 3 modes de
vibration indépendants qui se décomposent en une vibration symétrique, une vibration
asymétrique et une vibration de déformation (figure suivante).
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