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🌡️ Le spectre infrarouge : lire les liaisons

Les molécules ne sont pas des statues : leurs liaisons vibrent sans arrêt, comme des ressorts. Envoie-leur de l'infrarouge au bon nombre d'onde et elles se mettent à danser… en avalant la lumière ! Chaque liaison a sa musique préférée : c'est ce qui permet de reconnaître une molécule à son spectre, comme un chanteur à sa voix.

🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.

Ce que tu vois

  • Pendant le balayage, le nombre d'onde σ diminue de 4 000 à 400 cm−1 : la longueur d'onde λ = 1/σ du rayonnement dessiné s'allonge.
  • Quand σ tombe sur la « fréquence » d'une liaison, cette liaison vibre sur le modèle (surtout l'atome H, le plus léger) et la transmittance plonge : une bande d'absorption est un creux vers le bas.
  • La bande C=O est fine et forte vers 1 700 cm−1 ; la bande O–H d'un alcool liquide est large vers 3 300 cm−1 ; celle d'un acide carboxylique est très large et descend jusqu'à 2 500 cm−1.
  • À l'état gazeux (ou très dilué), les liaisons hydrogène entre molécules disparaissent : la bande O–H devient fine et se décale vers 3 600 cm−1.
  • Sous 1 500 cm−1, beaucoup de bandes se chevauchent : c'est l'empreinte digitale de la molécule, difficile à lire mais unique.

Expériences à faire

  • Compare la propanone et l'éthanal : tous deux ont une bande C=O. Quelle petite différence vers 2 700–2 850 cm−1 trahit l'aldéhyde ?
  • Passe l'éthanol de liquide à gaz : que devient la bande O–H ? Et l'acide éthanoïque ?
  • Pointe la bande C=O de l'éthanoate d'éthyle, puis celle de l'éthanamide : laquelle a le plus grand nombre d'onde ?
  • Avec ✏️ Ma molécule, fabrique le spectre d'un acide carboxylique : quelles liaisons dois-tu cocher ?
  • En mode 🕵️, quel est le premier endroit du spectre que tu regardes pour identifier la famille ?

La chimie derrière l'animation

  • Un spectre IR donne la transmittance T = I/I0 (en %) en fonction du nombre d'onde σ = 1/λ (en cm−1, λ en cm ; noté aussi ν̄), avec un axe des σ inversé (4 000 à gauche).
  • Une liaison absorbe le rayonnement dont l'énergie E = h·c·σ correspond à son énergie de vibration : chaque type de liaison a sa zone d'absorption.
  • Bandes à connaître : O–H d'alcool 3 200–3 400 cm−1 (large) ; O–H libre vers 3 600 cm−1 (fine) ; O–H d'acide carboxylique 2 500–3 200 cm−1 (très large) ; N–H 3 100–3 500 cm−1 ; C–H 2 800–3 000 cm−1 ; C=O 1 650–1 750 cm−1 (fine et forte).
  • Méthode : 1) bande C=O vers 1 650–1 750 cm−1 ? 2) zone 2 500–3 500 cm−1 : O–H ou N–H ? 3) on croise les indices : alcool, aldéhyde, cétone, acide, ester, amine, amide ou alcane.
  • Les spectres de l'animation imitent des spectres réels (positions et largeurs approchées) ; la zone sous 1 500 cm−1 (empreinte digitale) sert surtout à comparer avec un spectre de référence.

Et maintenant, on passe aux choses sérieuses ? 😉

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