spectroscopie vibrationnelle dans l'Infrarouge

8/18/2019 spectroscopie vibrationnelle dans l'Infrarouge

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SPECTROSCOPIE DE VIBRATIONDANS L’INFRAROUGE


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I - INTRODUCTION

Les mouvements des atomes d’une mol!ule"euvent #t$e !lasss en t$o%s !at&o$%es' - les t$anslat%ons - les $otat%ons

- les v%($at%ons

S"e!t$os!o"%e v%($at%onnelle 'Etude des v%($at%ons mol!ula%$es

T$ans%t%ons dans la &amme *+-*,+++ !m-*


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Les deu. s"e!t$os!o"%es %n/$a$ou&e 0IR1 et

Raman tud%ent les v%($at%ons des mol!uleslo$s2u’elles sont %$$ad%es "a$ une ondele!t$oma&nt%2ue de /$2uen!e ad2uate3


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Le doma%ne de l’%n/$a$ou&e se su(d%v%se en , $&%ons '

P$o!4e-IR +56-758 *,,++-9+++ !m-*

IR mo:en 758-78 9+++-9++ !m-*

IR-lo%nta%n 78-*+++ 9++-*+ !m-*


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Sans l’%n/$a$ou&e5 l’ne$&%e des "4otonsmod%/%e ; la /o%s E$ot et Ev%(


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d%stan!es %nte$atom%2ues

> an&les

se met ; v%($e$


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La mol!ule d%atom%2ue est /o$me de 7atomes $el%s ent$e eu. "a$ un $esso$t 0l%a%son1

Pou$ l’tude des v%($at%ons mol!ula%$es5 onut%l%se le mod?le de l’os!%llateu$ 4a$mon%2ue

Os!%llat%on d!$%te "a$ une /on!t%on s%nuso@dale F$2uen!e ne d"end 2ue des !a$a!t$%st%2uesdu s:st?me


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L’os!%llateu$ 4a$mon%2ue en m!an%2ue !lass%2ue

Co$"s de masse m /%. ; l’e.t$m%t d’un

$esso$t de $a%deu$

E2uat%on du mouvement

D"la!e$ !e !o$"s de . "a$ $a""o$t ; la "os%t%ond’2u%l%($e /o$!e de $a""el F


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Solut%on &n$ale

o

E."$ess%on de l’ne$&%e "otent%elle

Ene$&%e "otent%elle /0lon&at%on1Pa$a(ole


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V%($at%ons des mol!ules d%atom%2ues - A""$o.%mat%on4a$mon%2ue


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F$2uen!e d’os!%llat%on "a$ la lo% de ooe

µ π ν k

2

1= B A

B A

mm

mm

+

= µ

- ' /$2uen!e v%($at%on- ' masse $du%te- ' !onstante de /o$!e de la l%a%son

- mA et mB ' masses des atomes A et B $es"e!t%vement


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La &$andeu$ "$at%2ue en s"e!t$os!o"%ev%($at%onnelle est le nom($e d’onde3

Il d"end de '- la masse $du%te du s:st?me A-B

- la !onstante de /o$!e de la l%a%son


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E//et de F$2uen!e de v%($at%on "$o"o$t%onnelle ;


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E//et de F$2uen!e de v%($at%on %nve$sement

"$o"o$t%onnelle ;


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Ene$&%e de v%($at%on

Pou$ d!$%$e les /o$!es a&%ssant su$ une l%a%son en

v%($at%on5 on ut%l%se l’ne$&%e "otent%elle d’un os!%llateu$4a$mon%2ue '

La !ou$(e d’ne$&%e "otent%elle en

/on!t%on de 0$-$+1 est une "a$a(ole3

E" H . 7 H 0$-$+17


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S%tuat%on $lle des mol!ules

La /o$me du "otent%el n’est "as $%&ou$eusement"a$a(ol%2ue ma%s su%t la /on!t%on de


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Ene$&%e dun os!%llateu$ 4a$mon%2ue5 mod?leut%l%s "ou$ tud%e$ les v%($at%ons de A-B

La !ou$(e de l’ne$&%e "otent%elle estass%m%le ; la "a$a(ole de l’os!%llateu$4a$mon%2ue "ou$ des v%($at%ons de /a%(les

am"l%tudes3


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As"e!t 2uant%2ue

Cas de l’a""$o.%mat%on 4a$mon%2ue

L’2uat%on de S!4$Jd%n&e$ selon la d%$e!t%on . '

Solut%on ' Ev 4 0vK*71

v ' nom($e 2uant%2ue de v%($at%on 0v +5 *5 7331 ' /$2uen!e de v%($at%on 0mod?le !lass%2ue1

N%veau. de v%($at%on

2u%d%stantsMEV !onstante 4


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N%veau. de v%($at%on de K en K $a""$o!4s3

L%a%sons ne sont "as des $esso$ts "a$/a%ts3


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Rest$%!t%on 2uant%2ue

R?&le de sle!t%on ent$e n%veau. v%($at%onnels

de nom($es 2uant%2ues v ' Mv * K ' a(so$"t%on - ' m%ss%on

Seul le n%veau v+ est s%&n%/%!at%vement "eu"l3 La(so$"t%on o(se$ve $sulte$a de la t$ans%t%onv+ v*3→


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II37 - Rotat%on-v%($at%on - St$u!tu$e /%ne

Structure fine

En "4ase &aeuse ' mol!ules tou$nent l%($ement3

R&%on %m"l%2ue ' IR-lo%nta%n 0++-,+ !m-*1


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Les mouvements de $otat%on et dev%($at%on sont %nd"endants '

$otateu$ $%&%de et os!%llateu$ 4a$mon%2ue

C4a2ue mouvement &a$de ses!a$a!t$%st%2ues '

n%veau. d’ne$&%e

nom($es 2uant%2ues $?&les de sle!t%on

En "$em%?$e a""$o.%mat%on


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II373* - Ene$&%e

E E$otat%on K Ev%($at%on

E / 0Q5v1

)2

1v(

k

2

h)1J(J

I8

hE

2

2

µ

π


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II3737 - R?&les de sle!t%on

Mv +5* et

MQ *a1 Mv + ' s"e!t$e de $otat%on

"u$e(1 Mv -* MQ * ' s"e!t$e d’m%ss%on!1 Mv K* MQ * ' s"e!t$e d’a(so$"t%on

Cond%t%ons ; sat%s/a%$e "ou$ o(se$ve$ unet$ans%t%on de $otat%on-v%($at%on '


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II373, - St$u!tu$e /%ne

Etat %n%t%al !a$a!t$%s "a$ Q et v Etat e.!%t ' Q et v

Vibration : Δv = +1Rotation : ΔJ = +1 ou -1

Lo$s de l’a(so$"t%on d’une $ad%at%on '

St$u!tu$e du s"e!t$e '

deu. s$%es de $a%es ou ($an!4esPlus' MQ + ' ,?me ($an!4e


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Notat%ons

Q Q’Q-* ' BRAC!" #

Q+ Q’+ ' BRAC!" $

V%($at%on "u$e T$ans%t%on %nte$d%te

Q Q’QK* ' BRAC!" R


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Ra%es 2u%d%stantes de 7BB ' !onstante de $otat%on

+ !onstante de /o$!ede la l%a%son

S"e!t$e $l ' Cl &aeu.

B moment d%ne$t%e etlon&ueu$ de l%a%son

Ra%es !ent$es su$ + '

/$2uen!e de v%($at%on "u$e


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II3738 - E//et %soto"%2ue "ou$ des mol!ules !ontenant des atomes ;

%soto"es d’a(ondan!e natu$elle %m"o$tante '


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E.em"le

S"e!t$e de $otat%on-v%($at%on du

mlan&e natu$el D,8

Cl et D,

Cl

Les $a%es da(so$"t%on sont ddou(les3


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III - VIBRATION DES


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Nom($e de modes no$mau. de v%($at%on

E.em"le '

N atomes De&$s del%(e$t

T$anslat%on Rotat%on V%($at%on


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III37 - V%($at%ons a!t%ves ou %na!t%ves - v%($at%onsd&n$es

III373* - A!t%v%t

E.em"le '


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III3, - V%($at%ons /ondamentales

On a""elle v%($at%on /ondamentale unev%($at%on dont la /$2uen!e !o$$es"ond ;!elle d’un mode no$mal de v%($at%on3

T4o$%2uement ' 0,n-1 ou 0,n-81v%($at%ons /ondamentales

A!t%ves seulement s% va$%at%on du

moment d%"ola%$e


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S"e!t$e IR Su%te de (andes d’a(so$"t%on5"lus ou mo%ns la$&es

Allu$e d’un s"e!t$e IR

A(s!%sse ' !m-*

O$donne ' T$ansm%ttan!e 0ZT1 ouA(so$(an!e A lo&0*T1


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> Bandes /ondamentales 'v%($at%ons v+ v*

> Bandes 4a$mon%2ues 'mult%"les de (andes/ondamentales 0E.3 71

> Bandes de !om(%na%son 0 * K 7 "a$ e.em"le1 'e.!%tat%on s%multane de "lus%eu$s v%($at%ons/ondamentales

Su$ le s"e!t$e IR5 on o(se$ve '


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G$ou"ement /on!t%onnel /o$m d’une seule l%a%son0O-5 CO331 '

\ ' d/o$mat%on dans les "lan

] ' d/o$mat%on 4o$s du "lan

d/o$mat%on an&ula%$e

G$ou"ement /o$m de "lus%eu$s l%a%sons %dent%2ues '

E.em"le du mt4:l?ne

Plus%eu$s notat%ons


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III38 - V%($at%ons de &$ou"e

Bandes ; des /$2uen!es vo%s%nes su$ less"e!t$es IR !a$a!t$%st%2ues de !es /on!t%ons

Des &$ou"es d’une mol!ule '0CO5 C-O5 O-5 C-N5 N-5 et!3331

"euvent #t$e e.!%tes "$es2ue %nd"endammentdu $este de la mol!ule3

F$2uen!e de &$ou"e


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Des ta(les "e$mettent datt$%(ue$ les a(so$"t%onsau. d%//$ents &$ou"es !4%m%2ues "$sents3


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R&%on^*++ !m-* $&%on des em"$e%ntes d%&%tales


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IV - APPLICATIONS DE LA SPECTROSCOPIEDE VIBRATION DANS L’INFRAROUGE

Com"oss o$&an%2ues et %no$&an%2ues

Etat &aeu.5 l%2u%de ou sol%de Plus%eu$s &$ands !4am"s da""l%!at%on


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IV3* - Anal:se /on!t%onnelle

Dte$m%nat%on des &$ou"ements/on!t%onnels d’une mol!ule '

al!ool5 ald4:de5 !tone5 a!%de333

Dte$m%nat%on des l%a%sons ent$e les!a$(ones dune !4a[ne '!4a[ne satu$e5 %nsatu$e5 !a$a!t?$e

a$omat%2ue dune mol!ule333


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L%a%sons %dent%2ues dans un &$ou"ement0e.3 C- d’un C, ou d’un C71v%($ent s%multanment ; la m#me /$2uen!e3

G$ou"ement C7

S"e!t$e d’a(so$"t%on IR du !:!lo4e.ane

G


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G$ou"ement C,

D/o$mat%on totalement s:mt$%2ue ;*,6+ !m-* ' !a$a!t$%st%2ue du C,

O-


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E.em"le 7 ' O- al!ool

t-(utanol 0C,1,CO n-de!ane C,0C716C,

O

C-O

#$-%

#&-$


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E.em"le , ' Ald4:de CO C0s"71-

O-


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E.em"le 9 ' A!%de !a$(o.:l%2ue CO

C-O

IV 7 Et d t t l


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IV37 - Etude st$u!tu$ale

L%a%son X-5 X 4te$oatome 0O5 N5 S1

EFFETS '

a//a%(l%$ la l%a%son 0d%m%nut%on du nom($e donde de v%($at%on1 "$ovo2ue$ un la$&%ssement de la (ande

!o$$es"ondante

IV373* - L%a%son 4:d$o&?ne


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L%a%son 4:d$o&?ne %nte$mol!ula%$e dans les al!ools

S"e!t$e IR t:"%2ue dun al!ool "u$

S"e!t$e IR de l4e.an-*-ol


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0*1 e.an-*-ol ; l’tat l%2u%de "u$071 e.an-*-ol solut%on d%lue dans CCl9

l%a%son 4:d$o&?ne dans l’al!ooltud% est %nte$mol!ula%$e

#$% 'ire

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