Spectre d'absorption

Spectre lumineux visible. Source: Wikimedia Commons

Qu'est-ce qu'un spectre d'absorption?

UN Spectre d'absorption C'est le produit de l'interaction de la lumière avec un matériau ou une substance dans l'un de ses états physiques. L'interaction comprend un large segment de la gamme de longueurs d'onde et d'énergie du rayonnement électromagnétique. 

En d'autres termes, le spectre d'absorption reflète cette fraction du rayonnement électromagnétique qu'un certain matériau absorbe dans une plage de fréquence.

En ce sens, certains solides, liquides ou gaz peuvent absorber les photons de différentes énergies ou longueurs d'onde, du rayonnement ultraviolet, suivis d'une lumière visible, au rayonnement ou à la lumière infrarouge, stupéfiant dans les longueurs d'onde micro-ondes.

L'œil humain ne perçoit que les interactions de la matière avec la lumière visible. Il est également capable de contempler la diffraction de la lumière blanche à travers un prisme ou un milieu dans ses composants colorés (image supérieure).

Si le rayon lumineux est «capture» après avoir voyagé à travers un matériau et analysé, l'absence de certaines bandes colorées serait trouvée. C'est-à-dire que des rayures noires seraient observées contrastant avec son arrière-plan.

Il s'agit du spectre d'absorption, et son analyse est fondamentale dans la chimie analytique instrumentale et l'astronomie.

Absorption atomique

Dans l'image supérieure, un spectre d'absorption typique des éléments ou des atomes est représenté. Notez que les rayures noires représentent les longueurs d'onde absorbées, tandis que les autres sont émis. Cela signifie que, au contraire, un spectre de diffusion atomique ressemblerait à un groupe noir avec des couleurs émises.

Mais quelles sont ces rayures? Comment savoir si les atomes absorbent ou émettent (sans introduire la fluorescence ou la phosphorescence)? Les réponses sont dans les états électroniques autorisés par les atomes.

Peut vous servir: formule minimale: comment obtenir la formule minimale, des exemples et des exercices

Transitions électroniques et énergie

Les électrons sont capables de s'éloigner du noyau, le laissant chargé positivement tout en passant d'une orbitale d'énergie inférieure à une d'énergie plus grande. Pour ce faire, expliqué par la physique quantique, absorber les photons d'énergie spécifique pour effectuer ladite transition électronique.

Par conséquent, l'énergie est quantifiée et n'absorbera pas le moyen ou les trois quarts d'un photon, mais les valeurs de fréquence (ν) ou les longueurs d'onde en béton (λ).

Une fois que l'électron est excité, il ne reste pas illimité dans l'état électronique d'une plus grande énergie. Libérez l'énergie sous la forme d'un photon, et l'atome revient à son état basal ou d'origine.

Selon la question de savoir si les photons absorbés sont enregistrés, il y aura un spectre d'absorption. Et si les photons émis sont enregistrés, le résultat sera un spectre d'émission.

Ce phénomène peut être observé expérimentalement si des échantillons mous ou atomisés sont chauffés à partir d'un élément. En astronomie, en comparant ces spectres, la composition d'une étoile peut être connue, et même son emplacement lié à la Terre.

Spectre visible

Comme on peut le voir dans l'image, le spectre visible comprend des couleurs du violet au rouge et toutes ses nuances par rapport à la quantité de matériau (nuances sombres).

Les longueurs d'onde de la lumière rouge correspondent à des valeurs de 650 nm (jusqu'à ce qu'ils disparaissent dans le rayonnement infrarouge).

Et à l'extrémité gauche, les tons violets et violets couvrent les valeurs de longueur d'onde jusqu'à 450 nm. Le spectre visible couvre alors de 400 à environ 700 nm.

À mesure que λ augmente, la fréquence du photon diminue et, par conséquent, son énergie. Ainsi, la lumière violette a une plus grande énergie (longueurs d'onde plus faibles) que la lumière rouge (longueurs d'onde plus élevées).

Peut vous servir: Bromine: historique, structure, configuration électronique, propriétés, utilisations

Par conséquent, un matériau qui absorbe la lumière violette implique des transitions électroniques de plus grandes énergies.

Lorsque le matériau absorbe la couleur violette, il portera une couleur jaune verdâtre, ce qui signifie que ses électrons effectuent des transitions très énergétiques. Et lorsque le matériau absorbe la couleur rouge, de moins d'énergie, elle reflètera une couleur vert bleuâtre.

Lorsqu'un atome est très stable, il présente généralement des états électroniques très éloignés en énergie et devra donc absorber les photons de plus grande énergie pour permettre des transitions électroniques:

Schéma des énergies de la lumière violette et de la lumière rouge. Source: Gabriel Bolívar

Spectre d'absorption des molécules

Les molécules ont des atomes, et ceux-ci absorbent également le rayonnement électromagnétique. Cependant, leurs électrons font partie de la liaison chimique, donc leurs transitions sont différentes. L'un des grands triomphes de la théorie orbitale moléculaire est de pouvoir relier les spectres d'absorption avec la structure chimique.

Ainsi, les liens simples, doubles, triples, conjugués et les structures aromatiques, ont leurs propres états électroniques, absorbant des photons très spécifiques.

En possédant plusieurs atomes, en plus des interactions intermoléculaires et des vibrations de leurs liais.

Grâce à ces spectres, un composé peut être caractérisé, identifier et même par analyse multivariée, la quantifier.

Bleu de méthylène

Spectre bleu de méthylène. Source: Wikimedia Commons

Dans l'image supérieure, le spectre de l'indicateur de méthylène bleu est illustré. Comme le souligne son nom, il est bleu, mais peut-il être vérifié avec son spectre d'absorption?

Peut vous servir: changements physiques

Notez qu'il y a des bandes entre les longueurs d'onde de 200 et 300 nm. Entre 400 et 500 nm, il n'y a presque pas d'absorption, c'est-à-dire qu'il n'absorbe pas les couleurs violet, bleu ou vert.

Cependant, il présente une bande d'absorption intense après 600 nm et, par conséquent, a des transitions électroniques à faible énergie qui absorbent les photons de lumière rouge.

Par conséquent, et étant donné les valeurs élevées des absorbations molaires, le bleu de méthylène présente une couleur bleue intense.

Chlorophiles A et B

Spectre d'absorption de la chlorophylle A et B. Source: Wikimedia Commons

Comme on peut le voir dans l'image, la ligne verte correspond à la chlorophylle un spectre d'absorption, tandis que la ligne bleue correspond à celle de la chlorophylle b.

Premièrement, les bandes où les absorbations molaires sont plus élevées, dans ce cas, celles qui sont à gauche, entre 400 et 500 nm. Chlorophylle Une couleurs violettes intensément absorbantes, tandis que la chlorophylle B (ligne bleue) le fait avec une couleur bleue.

En absorbant la chlorophylle B autour de 460 nm (bleu), la couleur jaune est réfléchie. D'un autre côté, il absorbe également intensément, environ 650 nm, la lumière orange, ce qui signifie qu'il présente la couleur bleue. Si le jaune et le bleu sont mélangés, il en résulte une couleur verte.

Et enfin, la chlorophylle a absorber la couleur violette bleuâtre, et aussi, une lumière rouge autour de 660 nm. Par conséquent, il présente une couleur "douce" verte par jaune.

Les références

1. Observatoire de Paris (S.F.). Les différents types de spectres. Récupéré en moyenne 4.OSPPM.frousser
2. Campus de l'Université de Ranals (S.F.). Spectrophométrie: spectres d'absorption et quantification colorimétrique des biomolécules. UCO a récupéré.est