Tu n'es pas fasciné quand tu vois un arc-en-ciel ? Les couleurs que nous y voyons ne manquent jamais de nous captiver ! Sais-tu que, même si nous identifions les couleurs distinctes d'un arc-en-ciel, il s'agit en fait d'une gamme continue de couleurs ? Une gamme similaire de couleurs apparaît lorsque la lumière blanche traverse un prisme. Cette gamme de couleurs est un spectre. Découvrons plus en détail les différentes formes de spectres.
L'interaction des ondes électromagnétiques avec la matière fait que les molécules et les atomes présents dans une matière absorbent de l'énergie et atteignent un état d'énergie plus élevé. Cet état d'énergie supérieur est instable, et ils doivent donc émettre de l'énergie sous forme de rayonnements pour revenir à leur état initial. Ce processus génère des spectres d'émission et des spectres d'absorption.
- Dans ce résumé de cours, nous allons d'abord définir la lumière.
- Ensuite, nous examinerons les ondes électromagnétiques.
- Puis, nous étudierons ce qui est le spectre électromagnétique et le spectrographe.
- Nous apprendrons ensuite quel est un spectrographe.
- Nous comprendrons également ce que sont les spectres d'émissions continu et discontinu et le spectre d'absorption.
- Nous verrons le spectre de bande et de raies d'absorption.
- Enfin, nous examinerons quelques applications de la spectroscopie d'absorption.
Qu'est-ce qu'est la lumière ?
La lumière est un rayonnement ou une énergie électromagnétique qui se propage sous forme d'ondes ou de photons oscillants dans l'espace vide à environ \( 300 000 \) kilomètres par seconde.
La lumière, en tant qu'onde, se propage dans le champ électromagnétique. La lumière en tant que photons (quanta ou particules) émerge comme un flux dans le champ électromagnétique et se propage perpendiculairement à son oscillation ou niveau d'énergie.
Les ondes électromagnétiques
Les ondes électromagnétiques sont des oscillations périodiques simultanées de l'intensité d'un champ électromagnétique.
Contrairement aux ondes traditionnelles, elles n'ont pas besoin d'un support pour se déplacer et elles se déplacent à la vitesse de la lumière. Il existe sept types d'ondes électromagnétiques :
- Les ondes radio ;
- Les micro-ondes ;
- La lumière infrarouge ;
- La lumière visible ;
- La lumière ultraviolette ;
- Les rayons \( X \) ;
- Les rayons gamma.
Qu'est-ce qu'un spectre ?
Le spectre est la présence une large gamme de longueurs d'onde de radiations de fréquences différentes.
Un arc-en-ciel est un spectre qui constitue différentes longueurs d'onde de la lumière. Le prisme est également un exemple idéal pour décrire le spectre des radiations. Lorsque la lumière blanche passe à travers le prisme, elle est séparée en différentes longueurs d'onde de lumière connues sous le nom de spectre.
Spectre électromagnétique
Le spectre électromagnétique est défini comme la gamme des longueurs d'onde et des fréquences du rayonnement électromagnétique, où le rayonnement électromagnétique est une onde d'énergie dans les champs électriques et magnétiques.
Spectrographe
Le spectrographe est l'instrument utilisé pour séparer les radiations de différentes longueurs d'onde.
Un spectrographe comporte un prisme ou un réseau de diffraction qui est utilisé pour disperser la lumière. La lumière qui émerge du prisme après la dispersion est examinée à l'aide d'un film photographique.
Classification des spectres
Les spectres sont classés en deux types :
Spectres d'émission
Le spectre d'émission est le spectre formé par le rayonnement émis par les électrons dans les molécules ou les atomes excités.
Le spectre d'émission comprend les fréquences du rayonnement électromagnétique dû à l'influence d'éléments ou de composés chimiques émis du fait d'un atome ou d'une molécule, effectuant la transition d'un état de haute énergie à un état de plus basse énergie. Ces électrons excités doivent émettre de l'énergie pour retourner à l'état fondamental à partir de l'état excité, qui est instable. Les fréquences de cette lumière émise forment le spectre d'émission.
En fonction de la source, le spectre d'émission est classé en deux types :
Spectre continu
Le spectre continu est le cas d'un spectre qui ne présente pas de rupture ou d'écart entre les longueurs d'onde.
Un arc-en-ciel est un exemple de spectre continu.
Spectre linéaire ou discontinu
Lorsque le spectre présente une ligne discrète qui peut être classée comme des atomes excités, on parle de spectre de raies.
L'hydrogène produit un spectre de raies.
Le spectre d'absorption
Le spectre d'absorption d'un matériau est la fréquence spécifique à laquelle il absorbe le rayonnement.
Le spectre d'absorption est constitué par les fréquences de la lumière transmise avec des bandes sombres lorsque les électrons absorbent de l'énergie dans l'état fondamental pour atteindre des états d'énergie plus élevés. Ce type de spectre est produit lorsque les atomes absorbent de l'énergie.
Lorsque la lumière d'une source quelconque traverse la solution ou la vapeur, on obtient un motif comprenant des lignes sombres. Ce motif est analysé à l'aide du spectroscope. Selon la nature du produit chimique ou de l'élément, certaines radiations sont absorbées par le produit ou l'élément quand il est traversé.
Le motif de lignes sombres apparaît exactement au même endroit que les lignes colorées dans le spectre d'émission. Le spectre ainsi obtenu est connu sous le nom de spectre d'absorption.
Les spectres d'émission peuvent émettre toutes les couleurs d'un spectre électromagnétique, tandis que le spectre d'absorption peut présenter quelques couleurs manquantes en raison de la redirection des photons absorbés. Les longueurs d'onde de la lumière absorbée permettent de déterminer le nombre de substances présentes dans l'échantillon.
Spectre de bandes
Un spectre de bande est la partie du rayonnement initial absorbée lorsque la lumière blanche traverse une solution aqueuse. Les bandes noires du spectre obtenu sont appelées bandes d'absorption.
La couleur de la solution qui contient des ions est due aux radiations absorbées.
Spectre de raies d'absorption
Un spectre de raies d'absorption est la partie du rayonnement initial absorbée lorsque la lumière blanche traverse un gaz.
Les raies d'émission d'un élément gazeux ont les mêmes longueurs d'onde que les raies absorbées par le même élément.
Qu'est-ce que la spectroscopie d'absorption ?
La spectroscopie d'absorption est une technique spectroscopique utilisée pour mesurer l'absorption d'un rayonnement lorsqu'il interagit avec l'échantillon. Le rayonnement peut être fonction de la fréquence ou de la longueur d'onde.
La spectroscopie d'absorption est liée au spectre d'absorption, car l'échantillon utilisé interagit avec les photons du champ rayonnant. L'intensité de l'absorption diffère en fonction de la fréquence et cette variation constitue le spectre d'absorption.
Fig. 1- Spectre d'absorbance d'un échantillon.
Applications de la spectroscopie d'absorption
La spécificité et la nature quantitative de la spectroscopie d'absorption en font un choix idéal pour plusieurs applications dans la chimie analytique.
Analyse chimique
La spectroscopie d'absorption permet de distinguer le spectre d'absorption des composés les uns des autres. Cela est possible grâce à la spécificité du spectre d'absorption. Elle est également utilisée pour déterminer les échantillons inconnus d'un mélange donné.
Un analyseur de gaz infrarouge est une application de la spectroscopie d'absorption utilisée pour identifier la présence de polluants dans l'air. Il permet de différencier les polluants de l'azote, de l'oxygène, de l'eau et d'autres constituants.
Télédétection
En télédétection, la spectroscopie d'absorption est utilisée à des fins analytiques, notamment pour mesurer la présence d'éléments dangereux sans mettre l'échantillon en contact avec l'instrument.
Spectre d'absorption - Points clés
- La lumière est un rayonnement ou une énergie électromagnétique qui se propage sous forme d'ondes ou de photons oscillants dans l'espace.
- Une onde électromagnétique est une oscillation périodique simultanée de l'intensité d'un champ électromagnétique.
- Le spectre est la présence une large gamme de longueurs d'onde de radiations de fréquences différentes.
- Un spectre électromagnétique est défini comme la gamme des longueurs d'onde et des fréquences du rayonnement électromagnétique.
- Les différentes radiations sont séparées à l'aide d'un spectrographe et d'émission.
- Le spectre d'émission est le spectre formé par le rayonnement émis par les électrons dans les molécules ou les atomes excités. Le spectre d'émission est divisé en deux types spectre continu et discontinu.
- Le spectre d'absorption d'un matériau est la gamme et la fréquence spécifiques auxquelles il absorbe le rayonnement. Il est classé en spectre de raies d'absorption et de bandes.
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