Chimie analytique

Spectroscopie

Étude expérimentale des techniques spectroscopiques (UV-visible, IR, RMN) pour identifier des espèces chimiques et déterminer des structures moléculaires.

Introduction

La spectroscopie est l'outil d'identification privilégié du chimiste. L'ECE permet de réaliser des spectres UV-visible (absorbance en fonction de λ), d'analyser des spectres IR (identification des groupes fonctionnels) et d'interpréter des spectres RMN du proton (structure moléculaire). L'élève apprend à relier les données spectrales à la structure de la molécule.

Contenu détaillé

1. Spectroscopie UV-visible

  • •Principe : absorption de la lumière par les molécules conjuguées ou les ions colorés
  • •Loi de Beer-Lambert : A = ε·l·c (A absorbance, ε coefficient d'extinction molaire)
  • •Spectre A = f(λ) : la longueur d'onde du maximum d'absorption λ_max est caractéristique
  • •Application : dosage par étalonnage, suivi cinétique, identification d'espèces

2. Spectroscopie infrarouge (IR)

  • •Principe : absorption IR par les liaisons qui vibrent (élongation, déformation)
  • •Nombre d'onde σ = 1/λ en cm⁻¹ (abscisse du spectre IR)
  • •Bandes caractéristiques : O-H (3200-3500 cm⁻¹ large), C=O (1700-1750 cm⁻¹), N-H (3300 cm⁻¹)
  • •Zone de l'empreinte digitale (< 1500 cm⁻¹) : unique à chaque molécule

3. Protocole expérimental type

  • •UV-vis : réaliser un spectre d'absorption, identifier λ_max et en déduire la couleur complémentaire
  • •IR : analyser un spectre IR, identifier les groupes fonctionnels à partir des tables
  • •Comparer les spectres obtenus à des spectres de référence (banques de données)
  • •Conclure sur l'identité ou la structure de l'échantillon analysé

Matériel expérimental

Spectrophotomètre UV-visible

Mesurer l'absorbance à différentes longueurs d'onde

Spectromètre IR (ATR)

Réaliser des spectres infrarouges sans préparation complexe

Cuves en quartz ou plastique

Contenir l'échantillon pour la spectroscopie UV-visible

Tables de données IR/RMN

Identifier les bandes d'absorption et les signaux caractéristiques

Vocabulaire

Absorbance : Grandeur sans unité mesurant la quantité de lumière absorbée par l'échantillon
Nombre d'onde : Inverse de la longueur d'onde : σ = 1/λ en cm⁻¹ (utilisé en IR)
Groupe fonctionnel : Groupement d'atomes responsable des propriétés chimiques (OH, C=O, NH₂, COOH...)
Spectre d'absorption : Graphique représentant la quantité de lumière absorbée en fonction de la longueur d'onde

Sujets type Bac ECE

  • 1Identifier une espèce chimique par comparaison de spectres IR
  • 2Déterminer la concentration d'une solution colorée par spectrophotométrie UV-visible
  • 3Relier la structure d'une molécule à son spectre IR et UV-visible
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