Spectroscopie

1. Principe général

La spectroscopie étudie l'interaction entre la matière et le rayonnement électromagnétique pour identifier ou doser des espèces. Chaque type de spectroscopie sonde un domaine d'énergie particulier.

Spectroscopie	Domaine	Sonde
UV-visible	200–800 nm	électrons de valence
IR	2,5–25 μm	vibrations de liaisons
RMN	radiofréquences	spin nucléaire (¹H, ¹³C)
Émission atomique	visible	transitions électroniques

2. Spectroscopie UV-visible

Loi de Beer-Lambert

$A = \varepsilon \cdot \ell \cdot c$

• $A$ : absorbance (sans unité).
• $\varepsilon$ : coefficient molaire (L·mol⁻¹·cm⁻¹).
• $\ell$ : épaisseur traversée (cm).
• $c$ : concentration (mol/L).

Validité : solution diluée, lumière monochromatique, pas d'agrégation.

Applications

Dosage de colorants, suivi cinétique, identification.

3. Spectroscopie infrarouge (IR)

Les liaisons chimiques vibrent à des fréquences caractéristiques (élongation, déformation). On note les nombres d'onde $\tilde\nu$ (cm⁻¹).

Liaison	$\tilde\nu$ (cm⁻¹)	Allure
O–H (alcool)	3 200–3 600	large, intense
O–H (acide)	2 500–3 300	très large
N–H	3 300–3 500	moyenne
C–H	2 800–3 000	intense
C=O	1 650–1 750	très intense, fine
C=C	1 620–1 680	moyenne
C–O	1 050–1 300	intense

Utilité : identifier les groupes caractéristiques.

4. Spectroscopie RMN du proton (¹H)

Sondage des protons dans un champ magnétique intense. Trois informations :

1. Déplacement chimique $\delta$ (en ppm) : environnement chimique.
2. Multiplicité (règle des n+1) : nombre de voisins (singulet, doublet, triplet, quadruplet…).
3. Intégration : aire ∝ nombre de protons équivalents.

Quelques valeurs : –CH₃ alcane ≈ 0,9 ppm ; –CH adjacent à O : 3,5 ppm ; H aromatique : 7 ppm ; –CHO : 9,8 ppm.

5. Spectres de raies atomiques

L'atome excité émet des photons d'énergies discrètes : $\Delta E = hc/\lambda$. Chaque élément a sa signature (raies). C'est le principe de l'analyse spectrale du Soleil, des étoiles (raies de Fraunhofer).

6. Démarche d'identification d'une molécule

1. Masse molaire (spectrométrie de masse).
2. IR → groupes fonctionnels.
3. RMN ¹H → squelette carboné.
4. Vérification par RMN ¹³C ou cristallographie.

À retenir

• $A = \varepsilon \ell c$ (Beer-Lambert).
• IR : C=O ≈ 1 700, O–H large vers 3 400.
• RMN : déplacement + multiplicité + intégration.