Initiation a La Spectroscopie Corrige Partie I 2014

8/10/2019 Initiation a La Spectroscopie Corrige Partie I 2014

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USMS/Fst/Master TACQAAmthodes spectroscopiques 2

Pr.F.KZAIBER

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MODULE:

METHODES DANALYSE

SPECTROSCOPIQUE 2

Pr. Fouzia KZAIBER


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Pr.F.KZAIBER

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Objectifs pdagogiques

-Cest quoi la spectroscopie ?

-Interactions ondes -matires

-Relier les proprits physiques et lastructure de la molcule

-Identification des informations sur

lidentit de la molcule


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USMS/Fst/Master TACQAAmthodes spectroscopiques 2Pr.F.KZAIBER

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La spectroscopiePrincipes de base

"J'ai rfract le rayon color avec desprismes et reflt avec des corps qui la lumire taient de nuancesdiffrentes... Et pourtant je n'ai jamaispu en obtenir de nouvelles couleurs[...] Cette dcouverte [est] mon

jugement la plus trange sinon la plusimportante rvlation faite ce jourdes oprations de la Nature". IsaacNewton, 1666.


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Rappel historique

Si le spectre est connu depuis Newton, le

spectroscope ne fut invent qu'en 1802

par William Wollaston qui dcouvrit quele spectre du Soleil tait parcouru de

raies sombres mais il crut qu'elles

dlimitaient les diffrentes couleurs.


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Rappel historique

C'est l'opticien allemand Joseph vonFraunhofer qui ralisera la premire analysespectrale en 1811.

En 1814, il remarque la prsence de raiestrs sombres dans le spectre continu dusoleil. Il mesure leurs positions relatives, laide dun spectroscope de son invention, et

dsigne les principales dentre elles par deslettres de lalphabet, encore en usage de nos

jours.


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Rappel historique


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Rappel historiqueSpectre d'mission du Soleil:

Fraunhofer rpertoria 600raies dans lespectre du Soleil.

En son hommage, le spectre de laphotosphre sera baptis spectre deFraunhofer.

Aujourd'hui on recense plus de 26000raies dans le spectre solaire dont plus de6000raies sont uniquement attribuesau fer !


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Spectre d'mission du Soleil:

soleil met dans toutes les longueurs d'onde.


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Rappel historique

En 1859, un autre physicienallemand, G. Kirchhoff dmontre queces raies sombres sontcaractristiques des lmentschimiques ; la raie double D dusodium est la plus connue.


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La matire

La matirepossde une propritimportante qui est de pouvoir mettreou absorber de l'nergiesous forme

de lumire.


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La matire Ainsi, partir de l'tude de la lumire

mise ou absorbe par les atomesd'un objet, nous pouvons dduire

beaucoup d'informations concernantla composition, la temprature et ladensit de cet objet.

L'analyse de la lumire en sesdiffrentes couleurs, ou longueursd'onde, constitue la spectroscopie.


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Dfinition de la spectroscopie

La spectroscopie regroupe les tudesrelatives aux interactions

matire ondes (rayonnementlectromagntique)

La spectroscopieest l'tude desrayonnements lectromagntiques

mis, absorbs ou diffusspar lamatire.


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Onde lectromagntique : OEM

Une ondeest une vibrationqui sepropage dans l'espace.

Le courant lectrique alternatifproduit un champ lectrique et unchamp magntique galementalternatifs :

la succession des cycles " aller-retour" constitue l'onde.


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Onde lectromagntique: OEM

Londe lectromagntique est composedun champ lectrique et dun champmagntique qui se propagent tous deux

la mme vitesse. L'onde du champ lectriqueet l'onde

du champ magntiquese propagentperpendiculairemententre elles et ladirection de propagation.

(onde lectromagntique= champslectromagntiques)


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Propagation de LOEM

"


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Onde lectromagntique

Toute onde lectromagntique estcaractrise par deux paramtres : safrquenceet sa longueurd'onde.

Dans le vide, les ondes lectromagntiquesse propagent la clrit de la lumire :

c =2.998.108m.s1.

Les ondes lectromagntiques nont pasbesoin de support matriel pour sepropager


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Phnomnes de diffraction, dinterfrence,les OEM se rflchissent et se rfractentcomme les ondes lumineuses

Do les ondes lumineuses sont des OEM.

Les OEM se diffrencient par leurs frquences(leurs longueurs d'onde). Le type d'metteuret de rcepteur dpend de la frquence del'onde.


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Les diffrents rayonnements qui nousentourent (lumire, son, rayon X,)sont tous des ondeslectromagntiques que lon peutclasser selon un

* paramtre que lon appelle longueur

donde* lambda exprim en mtre.


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La spectroscopie ouspectromtrie

l'tude du spectre d'un phnomne,c'est--dire l'tude de la rpartitiond'une onde ou d'un faisceau departiculesen fonction de lafrquence ou de l'nergie.


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Le suffixe -scopie fait rfrence l'observation visuelle, par exemplel'impression sur un film photographique,la projection sur un cran ou bienl'utilisation d'une lunette d'observation(par exemple lunette monte sur un

goniomtrepour la dispersion de lalumire par un prisme).

La spectroscopie, ou spectromtrie
http://fr.wikipedia.org/wiki/Pellicule_photographiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Goniom%C3%A8trehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Prisme_%28optique%29http://fr.wikipedia.org/wiki/Prisme_%28optique%29http://fr.wikipedia.org/wiki/Goniom%C3%A8trehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Pellicule_photographique


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La spectroscopie, ouspectromtrie

Le suffixe -mtrie fait rfrence l'enregistrement d'un signal par

un appareil (table traanteouenregistrement lectronique).

L'instrument de mesurepermettantd'obtenir un spectre est unspectromtre.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Table_tra%C3%A7antehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Instrument_de_mesurehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Spectrom%C3%A8trehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Spectrom%C3%A8trehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Instrument_de_mesurehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Table_tra%C3%A7ante


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La spectroscopie, ouspectromtrie

L'analyse des rayonnements en leursdiffrentes frquences s'effectue l'aidede spectrographes ou de spectromtres:elle permet d'obtenir leurs spectreslectromagntiques.

La spectromtrie est fonde sur l'tude(qualitative et quantitative) des spectres

fournis par l'interaction de la matireavec divers rayonnements comme lalumire
http://www.futura-sciences.com/fr/comprendre/glossaire/definition/t/matiere-1/d/spectre_1663/http://www.futura-sciences.com/fr/comprendre/glossaire/definition/t/matiere-1/d/lumiere_326/http://www.futura-sciences.com/fr/comprendre/glossaire/definition/t/matiere-1/d/lumiere_326/http://www.futura-sciences.com/fr/comprendre/glossaire/definition/t/matiere-1/d/spectre_1663/


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Pr.F.KZAIBER

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Application de la spectroscopie

La spectroscopie est utilise dans denombreux domaines : astronomie,biophysique, chimie, physiqueatomique, physique nuclaire,physique du solide...

Il existe diffrents types de

spectroscopies classes suivant lagrandeur physique mesure ou leprocessus de la mesure.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Astronomiehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Biophysiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Chimiehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_atomiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_atomiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_nucl%C3%A9airehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_du_solidehttp://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9trologiehttp://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9trologiehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_du_solidehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_nucl%C3%A9airehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_atomiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_atomiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Chimiehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Biophysiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Astronomie


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Diffrents types de spectroscopie

Le type de spectroscopie dpend du typed'objet mesur. On distingue les trois

classes suivantes : Cette grandeur peut tre un

rayonnement lectromagntique. Les radiations lectromagntiques

mises ou absorbes qui sont tudiespar la spectroscopie lectromagntique.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_%C3%A9lectromagn%C3%A9tiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_%C3%A9lectromagn%C3%A9tiquehttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectroscopie_%C3%A9lectromagn%C3%A9tique&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectroscopie_%C3%A9lectromagn%C3%A9tique&action=edithttp://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_%C3%A9lectromagn%C3%A9tiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_%C3%A9lectromagn%C3%A9tique


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Diffrents types de spectroscopie

Les vibrations macroscopiques d'unmilieu qui sont tudies par laspectroscopie acoustiqueet laspectroscopie mcaniquedynamique

(onde mcaniquecomme lesonou lesondes sismiques).

Les ions acclrs (particulesou desmasses )dans un champlectromagntique qui sont tudis parla spectromtrie de masse
http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectroscopie_acoustique&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectroscopie_m%C3%A9canique_dynamique&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectroscopie_m%C3%A9canique_dynamique&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectroscopie_m%C3%A9canique_dynamique&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectroscopie_m%C3%A9canique_dynamique&action=edithttp://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_m%C3%A9caniquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_sismiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_sismiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_sismiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Son_%28physique%29http://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_sismiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Particule_%28physique%29http://fr.wikipedia.org/wiki/Spectrom%C3%A9trie_de_massehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Spectrom%C3%A9trie_de_massehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Spectrom%C3%A9trie_de_massehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Particule_%28physique%29http://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_sismiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_sismiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Son_%28physique%29http://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_m%C3%A9caniquehttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectroscopie_m%C3%A9canique_dynamique&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectroscopie_m%C3%A9canique_dynamique&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectroscopie_acoustique&action=edit


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Application de la spectroscopieen chimie

chaque lment chimique correspond unspectre caractristique

-La raie Fraunhofer Cpar exemple, de longueur

d'onde 430,8 nmpeut avoir ainsi deuxorigines :*calcium de longueur d'onde 430,7749 nm*ferde longueur d'onde 430,7914 nm.

Aucune confusion n'est possible suite lacomparaison de l'intgralit des deux spectres


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: un certain nombre de raies sont facilementidentifiables et rvlent la prsence de Spectre

des lments chimiques H, Na, Mg, Ca, Ti, Fe etMn.

Spectre mission de la couronnesolaire observe lors dune clipse


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Application de la spectroscopieen chimie

on utilise couramment laspectroscopieen analyse chimiquepour dterminer la prsence ou

l'absence d'un lment chimiqueparticulier.

La spectroscopiepermet ainsi dedterminer exactement les diffrents

atomesqui constituent les diffrentestoiles(astronomie).


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Notion de spectre

La lumirevisible, lorsqu'elle est disperse par un prismeou un rseaude diffraction, rvle sa composition ou

spectre.

L'arc-en-cielen est l'illustration la plusconnue, obtenu par la dispersion d'une

lumire, celle du Soleil, par les gouttesd'eaude la pluiejouant le rle dedisperseur en direction de la lumire dusoleil.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Lumi%C3%A8rehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Prisme_%28optique%29http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9seau_de_diffractionhttp://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9seau_de_diffractionhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Arc-en-cielhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Lumi%C3%A8rehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Soleilhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Eauhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Pluiehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Pluiehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Eauhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Soleilhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Lumi%C3%A8rehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Arc-en-cielhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Arc-en-cielhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Arc-en-cielhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Arc-en-cielhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Arc-en-cielhttp://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9seau_de_diffractionhttp://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9seau_de_diffractionhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Prisme_%28optique%29http://fr.wikipedia.org/wiki/Lumi%C3%A8re


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Dispersion d'une lumire, celle du Soleil, par les gouttesd'eaude la pluie
http://fr.wikipedia.org/wiki/Lumi%C3%A8rehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Soleilhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Eauhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Pluiehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Pluiehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Eauhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Soleilhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Lumi%C3%A8re


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Notion de spectre

Chaque couleurou frquencepart dansune direction diffrente.

un spectre est l'image obtenue lors de la

dcomposition de la lumire par unprisme ou un rseau.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Couleurhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Fr%C3%A9quencehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Fr%C3%A9quencehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Couleur


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Notion de spectre

la notion de spectre est plus gnral

Exemple: le spectre sonore: instrument de

musique joue un son musical:

Tous les sonscomprennent ainsi une srie departielsou d'harmoniques, qui dfinissent ses

principales caractristiques(hauteur,intensit,sonorit,) (sonagraphe)
http://fr.wikipedia.org/wiki/Spectre_sonorehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Son_musicalhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Son_%28physique%29http://fr.wikipedia.org/wiki/Partielhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Harmoniquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Sonagraphehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Sonagraphehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Harmoniquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Partielhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Son_%28physique%29http://fr.wikipedia.org/wiki/Son_musicalhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Spectre_sonore


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Notion de spectre

Dans le cas des radiationslectromagntiques, le spectreanalys peut tre :

*un spectre mis par l'objet analyser, on parle de spectromtried'mission

*un spectre absorb par l'objet analyser, on parle de spectromtriedabsorption
http://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_%C3%A9lectromagn%C3%A9tiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_%C3%A9lectromagn%C3%A9tiquehttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectrom%C3%A9trie_d%27%C3%A9mission&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectrom%C3%A9trie_d%27%C3%A9mission&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectrom%C3%A9trie_d%27%C3%A9mission&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectrom%C3%A9trie_d%27%C3%A9mission&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectrom%C3%A9trie_d%27%C3%A9mission&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectrom%C3%A9trie_d%27%C3%A9mission&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectrom%C3%A9trie_d%27%C3%A9mission&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectrom%C3%A9trie_d%27%C3%A9mission&action=edithttp://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_%C3%A9lectromagn%C3%A9tiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_%C3%A9lectromagn%C3%A9tique


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Notion de spectre

Spectre :Bande compose dunesuccession de raies ou de plageslumineuses, traduisant la rpartitiondes frquences qui constituent un rayonnement lectromagntique


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Les spectres dmission etdabsorption

Lorsquon veut analyser lalumire provenant dune source,il faut utiliser un objet capable de

dcomposer cette lumire(prisme ou rseau ).

On obtient alors le spectre de la

lumire tudie.


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Dfinition: un spectre d'mission est un spectreproduit par un objet lumineux. Les objets n'ont pastous le mme spectre.


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Le spectre d'missionden'importe quel lment peut treobtenu en chauffant cet lment,puis en analysant le rayonnementmis par la matire.

Ce spectre est caractristique del'lment.

- Les spectres dmission et dabsorption


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- Les spectres d mission et d absorption

I / Spectres dmission: A / Les spectrescontinus :

On parle de spectre continu lorsquon passeprogressivement dune radiation lautre.

1) Spectre de la lumire mise par le Soleil

Pour observer ce spectre, on va se servir dunspectroscope constitu dune fente et dun rseau.Cet appareil permettra danalyser dautres types delumires.

On obtient alors le spectre continu de la lumireblanche


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I / Spectres dmission: A / Lesspectres continus :

Spectre d'mission du Soleil:

soleil met dans toutes les longueurs d'onde.


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I / Spectres dmission: A / Lesspectres continus :

Spectre de la lumire mise par la lampe dun

rtroprojecteur

On obtient alors le mme spectre que le

prcdent. :Un corps chaud (le filament de la lampe) metune lumire dont le spectre est continu.

Les spectres dmission et


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Les spectres d mission etdabsorption

I / Spectres dmission: A / Les spectres continus :

Spectre de la lumire mise par la lampe dunrtroprojecteur

Conclusion:Un corps chaud met un rayonnement dont le

spectre s'enrichit en longueurs d'ondes courtes(bleu et violet) lorsque sa tempratureaugmente.La lumire mise par le filament dune lampe est

compose dune infinit de raies spectrales dontles longueurs donde sont trs voisines formantun spectre continuobservable sur un cran.


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USMS/Fst/Master TACQAA

mthodes spectroscopiques 2Pr.F.KZAIBER

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Les spectres continus dorigine thermique (Spectre ettemprature):

Exemples : la lampe incandescence dont on

augmente la valeur de la tension. Lacombustion dun morceau de charbon. Que sepasse-t-il lorsque l'on chauffe du fer ?




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Les spectres continus dorigine thermique (Spectre ettemprature):

Le spectre volue avec la temprature. - Lorsque la temprature augmente, le spectre

devient de plus en plus lumineux et senrichit decouleurs vertes, bleues puis violettes. - Il stale vers les violets et ultraviolets. Il

stale vers les courtes longueurs donde.



donc si on fait varier l'intensit lumineuse. On obtientles spectres suivants:


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Les spectres continus dorigine thermique

Conclusion - Tout corps chauff une temprature

suffisante met de la lumire. - Le spectre de la lumire mise par un corpschauff est un spectre dorigine thermique.

- Le corps peut tre un solide, un liquide quelon chauffe ou un gaz fortement comprim.

Les spectres dorigine thermique sont desspectres continus.




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Les spectres continus dorigine thermique

I / Spectres dmission: A / Les spectres continus :- Les spectres dmission et dabsorption

On peut connatre la temprature d'un objet partir de sa couleur



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1) Spectre de la lumire mise par un laser

Ce spectre ne comporte quune raie. La lumire du

laser est donc monochromatique( de longueur =633 nm ).

A chaque raie correspond donc une radiationmonochromatique de longueur donde prcise.

B / Les spectres de raies ( spectres discontinus )

Les spectres d mission et d absorption



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En remplaant la source de lumire prcdentepar une lampe spectrale contenant un gazport haute temprature sous une faiblepression ou par un bec Bunsen et llment

correspondant ce gaz (ex : lampe vapeur desodium et cristaux de chlorure de sodium), onobtient alors un spectre de raies appel spectrede raies dmission.

Le spectre donn par une lampe vapeur de sodiumou vapeur de mercure est compose d'un nombrelimit de radiations Leur spectre est discontinu.



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2) Spectre de la lumire mise par une lampe vapeur desodium

En remplaant la source de lumire prcdentepar une lampe spectrale contenant un gazport haute temprature sous une faiblepression ou par un bec Bunsen et llmentcorrespondant ce gaz (ex : lampe vapeur de

sodium et cristaux de chlorure de sodium), onobtient alors un spectre de raies appel spectrede raies dmission.




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( en nm )

589,0 nm 589,6 nm

L encore, on observe une seule raie mais, en ralit, il yen a 2 trs rapproches. On lappelle le doublet du

sodium qui se situe dans le jaune. On peut reprsenterle spectre de cette lumire de la faon suivante :

2) Spectre de la lumire mise par une lampe vapeurde sodium




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( en nm )

3) Spectre de la lumire mise par une lampe vapeurde mercure

Observations : le spectre obtenu est discontinu.

405 436 615578546

Remarque : Chaque lment chimique a un spectrequi lui est propre. Lanalysedunlumire laidedunspectroscope permet donc didentifier les lmentschimiques quellecontient.




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Exemples de spectres dmission



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3) Spectre de flamme.

Dans la flamme non clairante dun becMecker, on porte un fil de platine ayantt tremp dans une solution de chlorurede sodium.

La solution contient les ions sodium et lesions chlorure.

Observations : laflamme dans laquelleest jaune. Elle met envidence la prsence dellment sodium.

p p




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3) Spectre de flamme.

p p


Conclusion : Le spectre de la lumire mise par la flamme est

semblable celui de la lumire mise par la lampe vapeur de sodium.

Les ions et les atomes mettent de la lumire dont lespectre est appel : spectre de flamme. Il est constitude raies.

Exploitation :

en analyse chimique, on utilise les couleurs de flammepour rechercher certains ions dans une solution. Les radiations mises sont caractristiques de la nature

chimique des atomes ou des ions prsents dans laflamme.


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-Quelques couleurs de flamme :

SodiumPotassium

Calcium

Lithium

Baryum

Strontium



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II / Spectres dabsorption :

Dfinition : un spectre d'absorption est un spectre

produit par un objet non lumineux clair par une

autre source lumineuse.



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Le principe est exactement le mme quecelui du spectre d'mission : un niveaud'nergie donn correspond unelongueur d'onde. Mais au lieu d'exciterde la matire (par exemple en lachauffant) pour qu'elle mette de lalumire, on l'claire avec de la lumire

blanche (donc contenant toutes leslongueurs d'ondes) pour voir quelleslongueurs d'ondes sont absorbes.



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Si lon interpose un gaz basse pression et temprature ambiante entre la source derayonnement continu et lcran


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Le gaz absorbe les radiations quil estcapable dmettre produisant ainsi dans le

spectre des raies noires appeles raiesdabsorption.

-Les spectres dmission et dabsorptionII / Spectres dabsorption :

Observations :Le spectre de la lumire qui a travers le gazcontenant des ions monoatomiques est un spectrecontinu entrecoup de raies noires.


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Spectre dabsorption du NaOn claire de la vapeur de sodium avec de la

lumire blanche. On observe : c'est--diredes raies noires sur un fond continu

(color). Ces raies sont situes aux mmesemplacements que dans le spectre de raiesd'une lampe au sodium.

Une espce chimique ne peut absorber queles longueurs d'onde qu'elle met.



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Spectre d'absorption du mercure

Le gaz absorbe les radiations quil estcapable dmettre.

- Un spectre dabsorption estcaractristique de la nature chimique dunatome ou dun ion.



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Conclusion :Un gaz, bassepression et basse temprature,travers par une lumire blanche

donne un spectre dabsorption. - Le spectre de la lumire transmise

est constitu de raies noires sedtachant sur le fond color du

spectre de la lumire blanche.


d d b


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Les raies d'absorption correspondent auxraies d'mission.Un lment chimique absorbe les

radiations qu'il est capable d'mettre. Les raies d'absorption et d'mission ont la

mme longueur d'onde.



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Lois de Kirchhoff

Un gaz pression lev, un solide ou unliquide chauffs mettent un spectrecontinu (premire loi).

Un gaz chaud, basse pression, met unspectre de raies caractristiques dellment (deuxime loi).

Un gaz froid, basse pression, absorbecertaines radiations. On obtient un spectre

de raies dabsorptions (troisime loi).Le schma ci-dessous explicite ces trois lois :


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-Les spectres dmission et dabsorption


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2)Spectre d'absorption d'un liquide

On dit qu'il s'agit d'un spectre de bandes. Lasubstance absorbe certaines radiations.

Le spectre de la lumire blanche

Spectre de bandes d'absorption

Le spectre de la lumire blanche traversant unesubstance est un spectre d'absorption.

Les spectres d mission et d absorptionII / Spectres dabsorption :

filtre cranAbsorption avec des filtres colors :


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1) Filtre rouge

Source delumire blanche

rouge

lumire blanche

cran

On analyse la lumire transmise par lefiltre rouge laide du spectroscope

Le spectre observ est appel spectre dabsorption car il a t obtenu

en analysant de la lumire blanche qui a travers une substance( ici,

un filtre rouge ).

( en nm )400 800700

radiationsabsorbes

radiationstransmises


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2) Filtre cyan

Cette fois, on observe des radiations de 2 couleurs

diffrentes : verte et bleue. En effet, le filtre cyan transmet

les lumires verte et bleue et absorbe le rouge.

( en nm )400 550500

radiationsabsorbesradiations

transmises800

On obtient le spectre suivant :


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400 550500 800

radiationstransmises

radiations absorbes

dans le vert

Absorption avec une solution colore depermanganate de potassium :

On remplace le filtre prcdent par une solution depermanganate de potassium de couleur violette.On peut alors analyser la lumire transmise parcette solution colore, on obtient le spectredabsorptionsuivant :


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Spectre de la lumire blanche

Spectre de la lumire blanche ayant

travers la solution violette.


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Couleur de la lumire et tempraturede la source

La plupart des sources de lumire sont chaudes ;elles mettent de la lumire par incandescence.La lumire mise est compose d'une plagetendue de longueurs d'onde.

La rpartition nergtique des ondes misesselon leur longueur d'onde ne dpend que de latemprature de la source.

La quantit d'nergie mise par une source estpasse par un maximum pour une longueur

d'onde particulire l max. Celle-ci ne dpend quede la temprature absolue T de la source et nedpend pas de la matire avec laquelle elle estconstitue..C'est loi de Wien : l max = 2,9 .10-3 /T

C l d l l i t


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Une source temprature double met une longueur d'onde deux fois plus petite.

Les sources chaude mettent plus de bleuque les sources froides.

Une source 20 C (293 K) met surtoutdes infra-rouge (maximum aux environ de10 m =10 .10-6m = 2,9 .10-3/293),

une source 5450C (5723 K) met de lalumire visible avec un maximum 0,5

m = 0,5 .10-6m = 2,9 .10-3/5273(lumire verte).

Couleur de la lumire ettemprature de la source

la luminance d'un corps noir est d'autant


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plus grande que la temprature est plusleve

Co le de la l mi e et


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Plus la source est temprature leve,plus la densit d'nergie lumineuse (laquantit d'nergie par m 3 ) estimportante.

C'est la loi de Stephan-Boltzmann

u(T) = 5,69 10 -8. T4.

Une source 1 temprature double d'unesource 2 a une densit d'nergie 16 foisplus grande.

Couleur de la lumire ettemprature de la source

i


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PartieII:Spectroscopies Molculaires

La lumire Propagation de la lumire Interactions Onde et matire nergies des molcules Labsorption de radiations par une

molcule Modes dinteractions physiques de la

matire lnergie Spectroscopies Molculaires

Principe de base

La lumire


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Propagation de la lumire


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Une radiation peut-trecaractrise par:

*Frquence ( en Hz unepriodeT): Rptition dans le

temps

*Longueur donde( en nm):

Rptition dans lespace




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Ces composantes oscillent la frquence pourdes photons dnergie h.


Spectre lectromagntique


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Spectre lectromagntique


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Violet: 400 -420 nm

Indigo: 420 -440 nmBleu: 440 -490 nmVert: 490 -570 nmJaune: 570 -585 nm

Orange: 585 -620 nmRouge: 620 -780 nm

Spectre du visible


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Interactions Onde et matire

Une onde lectromagntique estcaractrise par sa frquence qui la relie son nergie par la

relation de Planck: E = h = hc/

Echantillon

RAPPORT ONDE-MATIERE


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RAPPORT ONDE-MATIERE

La liaison atomique estfondamentalement compose decharges lectroniques, combines dansun tat stable.

nature des atomes peut prsenter uncaractre de diple lectrique

(lctrongativits diffrentes) on adonc une liaison polaire


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nergies des molcules

E0= Ee + Ev + Er Ee>> Ev >> Er Ee : nergie lectronique dpend du

nombre dlectrons et de la forme de lamolcule

Ev : nergie vibrationnelle dpend de lanature des noyaux et de leurs

arrangements Er : nergie rotationnelle dpend de la

structure de la molcule

Labsorption de radiations par


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une molcule

les nergies Er; Ev et Ee sontquantifies, et peuvent donner lieu des changes avec les OEM.

Labsorption dune radiation par unemolcule provoque une modification deson nergie. En fonction de la nature

de la radiation (cest dire de salongueur donde ), Ee, Ev ou Er seramodifie.

Labsorption de radiations par


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Niveau d'nergieTout systme possde un certaine quantitd'nergie. Cette quantit est dfinie partird'un zro arbitraire (comme on le fait pourl'altitude). On ne mesure donc que desvariation DE du niveau d'nergie. Lorsquele systme reoit de l'nergie, son niveauaugmente DE>0, lorsqu'il en donne l'extrieur son niveau baisse DE < 0.

une molcule

Labsorption de radiations parl l


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Par absorptionun quantumabsorb permet le passage dela molcule au niveaud'nergie suprieur.

Par missionen revenant au

niveau d'nergie infrieur, lamolcule met une ondelectromagntique.

une molcule



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D'autres conditions pluscomplexes, appeles rgles deslectionsont aussi ncessaires

Aprs absorption de la radiation, lamolcule a pour nergie :

E1 = E0 + h

Lnergie E0 dune molcule estgale : E0= Ee + Ev + Er

une molcule



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Il faut, dans ce cas, plusieursconditions : le quanta absorb doit treau moins gal la diffrence entre lesniveaux d'nergie possibles de lamolcule.

Physiquement quand on absorbe unquantum que devient la molcule?

le tableau suivant rsume lesvariations observes.

une molcule

les variations observes quand la molcule


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les variations observes quand la molculeabsorbe un quantum.

Type d'OEMabsorbe

saut d'un niveau de rotation

micro onde saut d'un niveau de vibration

Infrarouge saut d'un niveau lectronique dans uneorbitale molculaire dlocalise

Ultravioletproche

saut d'un niveau lectronique dans unorbitale molculaire , ou formationd'un radical libre si liaison s

Rayon X#de ladiffraction

Extraction des lectrons des coucheslectroniques de l'atome


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Labsorption dune radiation UV ouvisible (trs nergtique) va modifierla configuration lectronique de lamolcule: transition lectronique.

Labsorption dune radiationinfrarouge modifie ltat

nergtique de vibration: transitionvibrationnelle.

une molcule



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Pour un niveau lectronique, il existeplusieurs niveauxvibrationnelsproches. Ces niveaux vibrationnelssont diviss en niveaux rotationnelsencore plus proches.

une molcule



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100

une molcule



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Les transitions lectroniques mettent enjeu des lectrons des orbitales sliantes, et

s* antiliantes (liaisons axiales ), et *(recouvrement latral) et n (orbitale nonliante-doublet libre).

une molcule


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Spectroscopies Molculaires

Principe de base

Si la molcule tudie est irradie par

un rayonnement lectromagntique lalongueur d'onde approprie, elle peutabsorber ce rayonnement.

L'absorption correspond au transfert

d'une certaine quantit d'nergielectromagntique transporte parlonde la molcule


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Principe de base

L'nergie peut trechange seulement

par des"paquets",des quantitsindivisibles, ou desquanta de

E = h(h tant la

constante dePlanck).

Spectroscopies Molculaires origine


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p p gdes spectres



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105

p p gdes spectres



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p p gdes spectres



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p p gdes spectres


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p p gdes spectres

Spectroscopies Molculaires originedes spectres


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des spectres

Spectroscopies Molculaires originedes spectres


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des spectres

Initiation a La Spectroscopie Corrige Partie I 2014

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