Cours spectroscopie infrarouge

1 Spectroscopie Infrarouge

1.1 MICRO-ONDES

I- Les micro-ondes

Dans ce domaine assez récent des ondes hertziennes ultra courtes, ( de l'ordre du centimètre). L'énergie des quanta est comparable à la différence entre deux niveaux de rotation des molécules.

Méthode expérimentale d'étude

Pour les molécules polaires, une variation du champ électrique exerce un couple sur le dipôle.

Si la fréquence propre de rotation de la molécule (domaine quantifié) correspond à la fréquence de radiation alors il y aura transfert d'énergie possible et donc une absorption. Si non, pour une molécule apolaire, où la somme des dipôles est nulle (CO₂ linéaire ou de CCl₄ symétrique) il n'y aura pas d'absorption. Les techniques utilisées diffèrent ici des techniques optiques, et elles ressemblent plutôt à celles de la production, propagation et détection des ondes radio et des ondes de télévision.

Les spectroscopies rotationnelles s’intéressent aux rotations des molécules sur elles-mêmes sans modification des positions relatives des atomes. Elles s’inscrivent dans le domaine d’énergie des micro-ondes, domaine plus récemment vulgarisé par les fours du même nom (mise en rotation des molécules d’eau).

Cette spectroscopie étudie les rotations des molécules autour de leurs différents axes d’inertie (axe de moindre inertie, axe de plus grande inertie). Des informations structurales peuvent être obtenues notamment concernant les longueurs de liaison et les angles de liaison, mais cette méthode n’est accessible qu’aux spécialistes et s’adresse en général à des molécules de petites tailles. La spectroscopie dans le domaine des micro-ondes et/ou d’ondes millimétriques est par ailleurs très utilisée dans la détection des molécules interstellaires à l’aide des radiotélescopes. La spectroscopie rotationnelle ne sera pas développée dans ce cours.

NB

Toutes ces variations d'énergie sont quantifiées et que la molécule n'absorbe pas une énergie quelconque. Elle n'absorbe que des énergies quantifiées.

En première approximation, on peut écrire que :

L'énergie totale  E_totale = E_rotation + E_vibration + E_{électronique}

Cependant ces trois termes ne sont pas rigoureusement indépendants les uns des autres. Les atomes sont en effet soumis à des formes centrifuges du fait de la rotation d'où un changement de l'énergie de rotation pour provoquer une variation de l'énergie de vibration ou de l'énergie électronique.

Lorsqu'une molécule passe d'un niveau d'énergie électronique ee à un autre niveau ee', elle passe du même coup d'un niveau d'énergie ev à ev' et également de er à e'r. Cette variation d'énergie de vibration, de rotation et électronique est de la forme :