Molécules diatomiques 1.1. Principe de la spectroscopie infrarouge II.1 Vibration moléculaire La molécule, assemblage non rigide d’atomes, ressemble à un système de balles (les atomes), liées les unes aux autres par des ressorts de constante de raideur plus ou moins grande (les liaisons) dont les vibrations apparaissent à des fréquences déterminées 0. 4.1), donc dans les régions du proche infrarouge 0,8 à 5 µm, du moyen infrarouge (5 à 20 µm) et dans l’infrarouge lointain. ï¿¿jpa-00235402ï¿¿ 4. Les spectroscopies infrarouge et Raman permettent de déterminer les énergies de vibration des groupements moléculaires. Spectroscopie infrarouge (IR) Les transitions vibrationnelles peuvent être observées sur des spectres infrarouge et Raman. C’est un outil très puissant pour déterminer la structure des composés organiques. Le domaine infra-rouge utilisé en analyse organique est compris entre 660 cm-1 et 4000 cm-1 (soit des longueurs d'onde comprises entre 2.5 et 15 µm). A température ambiante, une molécule est généralement dans son état électronique fondamental où elle se trouve dans son état vibrationnel au sol. Le rayonnement infrarougeexcite des modes de vibrations (déformation d’angles, élongation de liaisons chimiques) qui sont caractéristiques de la molécule étudiée et révélateurs de sa présence. L'infrarouge lointain, allant approximativement de 400 à 10 cm (1000–25 μm, en pratique gamme 1000–30 μm), mitoyen de la région micro-onde, a une énergie faible et peut être utilisé pour la spectroscopie rotationnelle. Un tel oscillateur est défini comme un point de masse μ, appelée masse réduite, tournant à une distance r … 22 I-3.2. 27 I-4. Une vibration moléculaire se produit lorsque les atomes d'une molécule sont dans un mouvement périodique pendant que la molécule dans son ensemble subit un mouvement de translation et de rotation.La fréquence du mouvement périodique est appelée fréquence de vibration. s'attardera sur les principaux instruments d'analyses qui mettent en œuvre les principes de la spectroscopie vibrationnelle. La spectroscopie infrarouge a un objectif différent de l’UV / visible. Une molécule diatomique est formée de 2 atomes reliés entre eux par un ressort (liaison) telle est représentée par la figure ci-dessous. 13. Parmi les différents modes de vibration du dioxyde de carbone, seuls trois modifient le moment dipolaire électrique de la molécule (dont deux sont dégénérés) et seront donc actifs en infrarouge. Combien de bandes d'élongation et de déformation (à l'exclusion des modes W–P–H et H–P–H…) devrait on observer en infrarouge et en RAMAN ? pratique les radiations infrarouges de fréquences (nombres d'ondes) comprises entre 400 et 4000 cm−1 sont absorbées par une molécule en tant qu'énergie de vibration moléculaire. Une analyse des groupes de symétrie d’un mode normal permet de déterminer s’il sera actif en IR ou Raman. Pour l'étude des vibrations moléculaires, on utilise le modèle de l'oscillateur harmonique. 10.4 Vibrations actives ou inactives en infrarouge - vibrations dégénérées . On observe que les molécules biatomiques absorbent les radiations électromagnétiques dans la région de l’infrarouge, soit dans le domaine de longueurs d’onde comprises entre 2 et 100 mm (Fig. 9. Vibrations moléculaires Absorption infra-rouge et diffusion Raman 1. Les composés composés de plus d'une poignée d'atomes ont de très nombreuses bandes d'absorption infrarouge étroites. J. Phys. Symétrie et vibration moléculaire. Certaines des raies du spectre de diffusion Raman auront donc même nombre d'ondes que les bandes observées dans le domaine de l'infrarouge. Molécule soumise à une radiation infrarouge. Par exemple, la modélisation du spectre IR du méthane permet de connaître une partie de la physico-chimie de l’atmosphère de Titan. Spectroscopie Infra-Rouge (IR) Généralités sur l'Infra-Rouge. Les vibrations moléculaires sont à l'origine de l'absorption du rayonnement infrarouge (IR) par la matière, car les niveaux d'énergie moléculaires vibrationnels sont séparés par des énergies qui tombent dans le domaine infrarouge du spectre électromagnétique. Le principe de la spectroscopie infrarouge (IR) repose sur l'absorption de la lumière par la plupart des molécules dans la région de l'infrarouge du spectre électromagnétique et en convertissant cette absorption en vibration moléculaire. Lorsque la molécule est soumise au rayonnement, certaines fréquences infrarouges sont absorbées et la liaison entre 3. Spectroscopie infrarouge Les transitions énergétiques se font ici entre les niveaux d’énergie de rotation des molécules ou entre leurs niveaux d’énergie de vibration. Les vibrations moléculaires peuvent être traitées en utilisant la mécanique classique afin de calculer les fréquences de vibrations correctes. vibrations de cette molécule. Cette technique est basée sur l'interaction de la lumière-matière et résulte des vibrations moléculaires. Exemples d’application : • Contrôle qualité : pureté d’un médicament, la qualité d’une fibre polymère ou On peut déterminer 4 modes normaux de vibration. (e.g. Les bandes de vibration-rotation de la molécule OH dans le spectre infrarouge du ciel nocturne. Pour une liaison. Objectifs. Ainsi, la molécule O 2 est dite inactive en infrarouge : cela ne signifie pas qu’elle ne vibre pas ! Les transitions vibrationnelles moléculaires peuvent fréquemment être observées par absorption directe, dans le domaine infrarouge, de photons d'énergie égale aux écarts entre niveaux vibrationnels. La molécule CO2 est linéaire. Le rayonnement IR peut exciter les vibrations moléculaires (et les rotations moléculaires associées). Spectroscopie infrarouge, Paris, Gauthier- ... Il a écrit notamment de nombreux ouvrages sur la spectroscopie infrarouge et sur la spectroscopie atomique et moléculaire. - Moment dipolaire d’une molécule Dipôle électrique : m = q.d unité : C. m ou Debye 1 D = 3,34.10-30 C.m avec q = d×e, Les modes de vibration d'un groupement chimique dépendant fortement du reste de la molécule, chaque molécule produit un spectre d'absorption qui lui est caractéristique, véritable empreinte digitale de la molécule. Source : " Principes de la spectroscopie proche IR " En effet, quand on soumet une molécule à une radiation infrarouge, la structure moléculaire se met à vibrer. Conséquemment, la vibration de liens polarisés donnera lieu àdes bandes intenses, alors que les bandes de liens non-polarisésseront peu ou pas visibles. Il a ... Spectroscopie infrarouge, édition revue et augmentée, Paris, Gauthier-Villars, 1969. BCPST 1 cours de chimie Lycée Prévert 2020 - 2021 3) Analyse de spectres et bandes d’absorption classiques a) Allure d’un spectre d’absorption Infrarouge Les photons d’un rayonnement infrarouge sont porteurs d’une énergie correspondant aux vibrations des liaisons. On peut déterminer 4 modes normaux de vibration. La molécule absorbe une quantité d'énergie égale à Δ E = hν de la source infrarouge pour chaque transition vibrationnelle. Le domaine infra-rouge utilisé en analyse organique est compris entre 660 cm-1 et 4000 cm-1 (soit des longueurs d'onde comprises entre 2.5 et 15 µm). Voir Atkins & de Paula. LA SPECTROSCOPIE INFRAROUGE La gamme du rayonnement infrarouge, de nombre d’onde compris entre 500-4000 cm-1, correspond à des fréquences de l’ordre de 1014 Hz : c’est l’ordre de grandeur des fréquences de vibration des liaisons des molécules. Intensité des raies et bandes moléculaires. Ces spectroscopies sont complémentaires et permettent des mesures microscopiques ponctuelles, sur lames minces ou … Le spectre montré ci-dessous est celui du … 2 2 t v r 0 = + = + + + Soit en terme spectral E [cm-1] correspondant : ) ~ν J(J 1)B 2 E G F (v 1 0 = + = + + + En IR, les transitions entre niveaux vibrationnels et rotationnels sont régies par les règles J=0 (soit J = 0) ne peut être observée. Les radiations infrarouge de fréquences (nombres d'ondes) comprises entre 4000 et 400 cm-1 sont absorbées par une molécule en tant qu'énergie de vibration moléculaire. Cela produit un rayonnement électromagnétique dans le proche infrarouge, qui stimule les vibrations moléculaires. Analyse vibratoire. 1) Fréquence de résonance d’une liaison La molécule CO 2 est linéaire. Cela produit un rayonnement électromagnétique dans le proche infrarouge, qui stimule les vibrations moléculaires. de vibration-rotation de la molécule est donc : π8 I h) ν h J(J 1) 2 E E E (v 1. Dans cette région, la plupart des molécules gazeuses, en particulier les molécules d’intérêt atmosphérique, ont une signature due à leur spectre de rotation-vibration. Le proche infrarouge, plus énergétique, allant approximativement de 14000 à 4 000 cm -1 (1,4– 0,8 μm ) peut exciter les vibrations … L'infrarouge moyen, d'environ 4 000 à 400 cm -1 (2,5 à 25 m) est généralement utilisé pour étudier les vibrations fondamentales et la structure rotationnelle-vibrationnelle associée. Symétrie et activité des modes de vibration en infrarouge et en Raman Applications à la détermination des structures des molécules polyatomiques.....129 Chapitre 4 - SYMÉTRIE DES MOUVEMENTS DE VIBRATION LES MODES NORMAUX DE VIBRATION COMME BASES DE REPRÉSENTATION..... 131 4.1. Nielsen a d ailleurs introduit une autre nomen-clature, qui sera adoptée ici. 14 I-3.1-b Représentation d'un groupe ponctuel. L'énergie apportée par les photons à ces longueurs d'onde modifie les énergies de vibrations … Chapitre 1: Spectroscopie infrarouge. L'observation du spectre de vibration Raman d'une molécule dépend d'un changement de la polarisabilité des molécules (capacité à être déformée par un champ électrique) plutôt que de son moment dipolaire lors de la vibration des atomes. La spectrométrie infrarouge s'utilise principalement pour l'analyse qualitative d'une molécule en mettant en évidence la présence de liaisons entre les atomes (fonctions et groupements). La détection par spectroscopie dans le proche infrarouge s’effectue dans ce que l’on appelle le « domaine du proche infrarouge » (de 760 nm à environ 2500 nm ou environ 13.000 – 4.000 cm-1). Un mode de vibration est actif en IR si le moment dipolaire de la molécule varie lors des vibrations. 16 I-3.1-c Nomenclature des représentations irréductible. La gamme infrarouge • Interaction photon / vibration moléculaire • 3 zones • IR proche : 12500 Æ 4000 cm-1 • IR moyen : 4000 Æ 500 cm-1 • IR lointain : 500 Æ 200 cm-1 THz Nombre d'onde cm-1 Longueur d'onde µm IR proche IR moyen IR lointain 12500 4000 500 200 0,8 2,5 20 50 THz 6 1500. Le spectre IR d'une espèce chimique représente la transmittance T en or-donnée en fonction du nombre d'onde σ en abscisse. Lorsque les atomes d'une molécule sont dans un mouvement périodique, une vibration moléculaire se produit et dans ce cas la molécule dans son ensemble subit un mouvement de translation et de rotation. Un tel phénomène survient, quand la molécule absorbe un C'est le cas pour la vibrations d'élongation asymétrique ainsi que pour les vibrations de déformation d'angle. Ceci se produit quand la vibration fait varier le moment dipolaire de la molécule. Les états vibrationnels d'une molécule peuvent être étudiés selon plusieurs voies. La plus directe est la spectroscopie infrarouge, les transitions vibrationnelles requérant une quantité d'énergie qui correspond typiquement à la région infrarouge du spectre. La théorie de l’'absorption infrarouge requiert que le mode de vibration concerné de la molécule corresponde à une modification du moment dipolaire de celle-ci. Ces énergies de vibration sont dans le domaine du rayonnement infrarouge et sont sensibles à l’environnement physique et chimique des molécules. Spectres infrarouge - Maxicour . Symétrie des coordonnées normales ..... 132 La partie infrarouge du rayonnement électromagnétique est partagée en trois Dans l'infrarouge, ou IR, les phénomènes physiques entraînant une chute de transmission sont différents.