Identification des molécules par spectroscopie IR

Contexte : Contrôle qualité et identification de structure.

La spectroscopie infrarouge (IR) est une technique fondamentale en chimie organique pour identifier les Groupes FonctionnelsParties d'une molécule responsables de ses réactions chimiques (ex: Alcool, Cétone, Acide).. Elle repose sur l'absorption de rayonnements provoquant la vibration des liaisons covalentes (élongation ou déformation).

Remarque Pédagogique : Contrairement à d'autres méthodes destructives, l'IR nécessite très peu de matière et permet une identification quasi-immédiate de la nature chimique de l'échantillon.

Objectifs Pédagogiques

Comprendre le lien entre masse des atomes, force de liaison et nombre d'onde.
Utiliser le modèle de l'oscillateur harmonique (Loi de Hooke).
Identifier une molécule inconnue par son spectre IR.

Données de l'étude

On cherche à identifier une molécule liquide inconnue nommée Échantillon X de formule brute \( \text{C}_3\text{H}_6\text{O} \). On hésite entre deux isomères : la Propanone (Cétone) et l'Alcool Allylique (Alcool).

Fiche Technique / Données Atomiques

Donnée	Symbole / Valeur
Masse de l'atome de Carbone (C)	\(m_{\text{C}} \approx 1,99 \times 10^{-26} \text{ kg}\)
Masse de l'atome d'Oxygène (O)	\(m_{\text{O}} \approx 2,66 \times 10^{-26} \text{ kg}\)
Vitesse de la lumière	\(c = 3,00 \times 10^{10} \text{ cm}\cdot\text{s}^{-1}\)
Constante de force liaison C=O	\(k \approx 1200 \text{ N}\cdot\text{m}^{-1}\) (ou \(\text{kg}\cdot\text{s}^{-2}\))

Spectre IR de l'Échantillon X

Questions à traiter

Calculer la masse réduite \(\mu\) pour une liaison Carbone-Oxygène (C=O).
En utilisant la loi de Hooke, calculer le nombre d'onde théorique \(\bar{\nu}\) d'une liaison C=O.
Analyser la zone 1600-1800 \(\text{cm}^{-1}\) du spectre fourni.
Vérifier l'absence ou la présence de la bande caractéristique des alcools (O-H).
Conclure sur l'identité de l'Échantillon X.

Les bases théoriques : Modèle Mécanique

En spectroscopie IR, on modélise la liaison chimique comme un ressort vibrant reliant deux masses. C'est le modèle de l'Oscillateur HarmoniqueSystème physique décrivant les vibrations autour d'une position d'équilibre stable..

Loi de Hooke (pour la spectroscopie)
Le nombre d'onde de vibration dépend de la force de la liaison (constante \(k\)) et de la masse des atomes.

\bar{\nu} = \frac{1}{2\pi c} \sqrt{\frac{k}{\mu}}

Où :

\(\bar{\nu}\) est le nombre d'onde en \(\text{cm}^{-1}\).
\(k\) est la constante de force de la liaison (\(\text{N}\cdot\text{m}^{-1}\)).
\(\mu\) est la masse réduite du système (\(\text{kg}\)).
\(c\) est la vitesse de la lumière (\(\text{cm}\cdot\text{s}^{-1}\)).

Masse Réduite
Pour deux atomes de masses \(m_1\) et \(m_2\), la masse réduite représente la "masse effective" vibrant le long de l'axe.

\mu = \frac{m_1 \times m_2}{m_1 + m_2}

Correction : Identification des molécules par Spectroscopie Infrarouge (IR)

Question 1 : Calcul de la masse réduite \(\mu\) (Liaison C=O)

Principe

Pour étudier la vibration d'une liaison entre deux atomes, on ne peut pas simplement additionner leurs masses. On utilise une grandeur physique appelée masse réduite (\(\mu\)), qui permet de ramener le problème à deux corps à celui d'un seul corps vibrant autour d'un centre de gravité.

Mini-Cours

La Masse Réduite
Dans un système à deux corps de masses \(m_1\) et \(m_2\), la masse réduite \(\mu\) est toujours inférieure à la plus petite des deux masses. C'est la "masse inertielle" effective vue par le ressort (la liaison).

Remarque Pédagogique

Il est crucial de travailler en unités du système international (SI), donc en kilogrammes (kg) pour les masses, et non en unités de masse atomique (u.m.a) ou en g/mol, sauf si vous faites les conversions nécessaires.

Formule(s)

Formule de la masse réduite

\mu = \frac{m_{\text{C}} \cdot m_{\text{O}}}{m_{\text{C}} + m_{\text{O}}}

Hypothèses

Nous considérons les atomes comme des masses ponctuelles et la liaison comme un ressort sans masse.

Les données utilisées ci-dessous sont issues des tables de constantes physiques fournies dans l'énoncé.

Donnée(s)

Atome	Symbole	Masse (kg)
Carbone	\(m_{\text{C}}\)	\(1,99 \times 10^{-26}\)
Oxygène	\(m_{\text{O}}\)	\(2,66 \times 10^{-26}\)

Astuces

Pour simplifier le calcul des puissances de 10 : calculez d'abord la partie décimale \(\frac{1,99 \times 2,66}{1,99 + 2,66}\) et gérez les puissances \(10^{-26}\) séparément (\(\frac{10^{-26} \times 10^{-26}}{10^{-26}} = 10^{-26}\)).

Schéma (Le système)

Modèle Masse-Ressort 3D

Calcul(s)

Détail étape par étape :

1. Calcul du numérateur (Produit des masses) :
On commence par multiplier les masses au numérateur. Pour cela, on multiplie les coefficients entre eux (\(1,99 \times 2,66\)) et on additionne les exposants des puissances de 10 (\(-26 + (-26) = -52\)).

\begin{aligned} (1,99 \times 10^{-26}) \times (2,66 \times 10^{-26}) &= (1,99 \times 2,66) \times 10^{-26-26} \\ &\approx 5,2934 \times 10^{-52} \end{aligned}

2. Calcul du dénominateur (Somme des masses) :
Ensuite, on additionne les masses au dénominateur. Comme les puissances de 10 sont identiques (\(10^{-26}\)), on peut les mettre en facteur et simplement additionner les coefficients (\(1,99 + 2,66\)).

\begin{aligned} (1,99 \times 10^{-26}) + (2,66 \times 10^{-26}) &= (1,99 + 2,66) \times 10^{-26} \\ &= 4,65 \times 10^{-26} \end{aligned}

3. Division finale (Masse Réduite) :
Enfin, on divise le résultat du numérateur par celui du dénominateur. On divise les coefficients (\(5,2934 \div 4,65\)) et on soustrait l'exposant du bas à celui du haut pour les puissances de 10 (\(-52 - (-26) = -26\)).

\begin{aligned} \mu &= \frac{5,2934 \times 10^{-52}}{4,65 \times 10^{-26}} \\ &= \frac{5,2934}{4,65} \times 10^{-52 - (-26)} \\ &\approx 1,138 \times 10^{-26} \text{ kg} \end{aligned}

Le résultat obtenu est la masse réduite du système C-O.

Schéma (Après les calculs )

Visualisation : Barycentre et Masse Réduite

Réflexions

Le résultat est de l'ordre de \(10^{-26}\) kg, ce qui est cohérent pour une masse atomique. Il est légèrement inférieur à la masse de l'atome le plus léger (Carbone, \(1,99 \times 10^{-26}\) kg), ce qui respecte la définition de la masse réduite.

Points de vigilance

Attention à ne pas oublier de mettre des parenthèses au dénominateur si vous tapez le calcul en une seule fois sur votre calculatrice ! Une erreur classique est de diviser par \(m_1\) puis d'ajouter \(m_2\).

Points à Retenir

La masse réduite \(\mu\) est la grandeur clé qui remplace la masse \(m\) dans les équations de vibration à deux corps.

FAQ

Pourquoi ne pas utiliser la masse molaire M (g/mol) ?

Parce que la loi de Hooke en physique utilise des unités SI pour donner une fréquence en Hz ou un nombre d'onde en cm⁻¹. Il faut raisonner à l'échelle d'un atome unique (kg), pas d'une mole d'atomes.

Masse réduite \(\mu \approx 1,14 \times 10^{-26} \text{ kg}\)

A vous de jouer
Calculez la masse réduite approximative pour une liaison C-H (Carbone-Hydrogène). On donne \(m_{\text{H}} \approx 0,167 \times 10^{-26}\) kg.

📝 Mémo
\(\mu < m_{\text{le plus léger}}\). Si vous trouvez une valeur plus grande que la plus petite des deux masses, vous avez fait une erreur de calcul !

Question 2 : Calcul du nombre d'onde théorique \(\bar{\nu}\)

Principe

Maintenant que nous avons la "masse" du système, nous allons déterminer sa fréquence de vibration en utilisant le modèle du ressort. Plus la liaison est forte (k grand), plus ça vibre vite. Plus les atomes sont lourds, plus ça vibre lentement.

Mini-Cours

Le nombre d'onde \(\bar{\nu}\)
En spectroscopie, on préfère le nombre d'onde (cm⁻¹) à la fréquence (Hz). C'est le nombre de fois que l'onde "rentre" dans un centimètre. \( \bar{\nu} = \frac{\nu}{c} \).

Remarque Pédagogique

Les tables spectroscopiques standard (ex: Tables de Silverstein) donnent les valeurs en \(\text{cm}^{-1}\). Il est donc essentiel de travailler avec des unités compatibles (notamment la vitesse de la lumière en cm/s) pour obtenir directement ce résultat.

Formule(s)

Loi de Hooke (Forme nombre d'onde)

\bar{\nu} = \frac{1}{2\pi c} \sqrt{\frac{k}{\mu}}

Hypothèses

On suppose que la vibration est harmonique (petites oscillations) et que la liaison se comporte comme un ressort idéal de raideur \(k\).

Données extraites des questions précédentes et des constantes physiques usuelles.

Donnée(s)

Paramètre	Symbole	Valeur	Unité
Masse réduite	\(\mu\)	\(\approx 1,14 \times 10^{-26}\)	\(\text{kg}\)
Constante de force	\(k\)	\(1200\)	\(\text{N}\cdot\text{m}^{-1}\)
Vitesse de la lumière	\(c\)	\(3,00 \times 10^{10}\)	\(\text{cm}\cdot\text{s}^{-1}\)

Astuces

Pour la racine carrée, gérez les puissances de 10 à part. Rappel : \(\sqrt{10^{28}} = 10^{14}\). Si vous avez une puissance impaire (\(10^{29}\)), transformez-la en \(10 \times 10^{28}\) avant de prendre la racine.

Schéma (Le modèle physique)

Vibration d'élongation

Calcul(s)

Détail étape par étape :

1. Calcul du terme pré-facteur (devant la racine) :
On commence par calculer le terme constant \( \frac{1}{2\pi c} \). On prend bien la vitesse de la lumière en cm/s (\(3 \times 10^{10}\)) pour obtenir un résultat homogène.

\begin{aligned} \frac{1}{2 \times 3,1415 \times 3,00 \times 10^{10}} &= \frac{1}{18,85 \times 10^{10}} \\ &\approx 0,053 \times 10^{-10} \end{aligned}

2. Calcul du terme sous la racine (k / mu) :
On divise la constante de force par la masse réduite calculée précédemment. Le résultat est très grand, de l'ordre de \(10^{28}\) ou \(10^{29}\).

\begin{aligned} \frac{1200}{1,14 \times 10^{-26}} &\approx 1052 \times 10^{26} \\ &= 10,52 \times 10^{28} \end{aligned}

Note : On convertit \(1,052 \times 10^{29}\) en \(10,52 \times 10^{28}\) pour avoir une puissance paire, plus facile à raciner.

3. Racine carrée et Résultat final :
On prend la racine carrée du terme précédent (\(\sqrt{10,52} \approx 3,24\) et \(\sqrt{10^{28}} = 10^{14}\)). On multiplie ensuite par le pré-facteur pour obtenir le nombre d'onde.

\begin{aligned} \bar{\nu} &= \frac{1}{18,85 \times 10^{10}} \times (3,24 \times 10^{14}) \\ &= \frac{3,24}{18,85} \times 10^{14-10} \\ &\approx 0,1719 \times 10^{4} \\ &= 1719 \text{ cm}^{-1} \end{aligned}

Nous obtenons une valeur proche de 1720, exprimée en cm⁻¹.

Schéma (Après les calculs)

Position sur l'échelle spectrale

Réflexions

Nous trouvons environ \(1720 \text{ cm}^{-1}\). C'est une valeur théorique très proche de la réalité expérimentale des fonctions cétones qui absorbent typiquement vers \(1715 \text{ cm}^{-1}\).

Points de vigilance

⚠️ ATTENTION AUX UNITÉS !
Si vous utilisez \(c\) en m/s (\(3 \times 10^8\)), vous obtiendrez un résultat en \(\text{m}^{-1}\). Il faudra le diviser par 100 pour l'avoir en \(\text{cm}^{-1}\). Ici, nous utilisons directement \(c\) en cm/s (\(3 \times 10^{10}\)) pour avoir le résultat en \(\text{cm}^{-1}\).

Points à Retenir

Retenez l'ordre de grandeur :
- Liaison Simple (C-O) : \(\approx 1100 \text{ cm}^{-1}\) (k faible)
- Liaison Double (C=O) : \(\approx 1700 \text{ cm}^{-1}\) (k moyen)
- Liaison Triple (C≡N) : \(\approx 2200 \text{ cm}^{-1}\) (k fort)

FAQ

Pourquoi la liaison C=O vibre-t-elle plus vite que C-O ?

Car la liaison double est plus "rigide". La constante de force \(k\) est plus élevée (~1200 vs ~500 N/m), ce qui augmente la fréquence selon la loi de Hooke.

Nombre d'onde théorique \(\bar{\nu} \approx 1720 \text{ cm}^{-1}\)

A vous de jouer
Sans calculer, si on remplaçait l'Oxygène par du Soufre (plus lourd), le nombre d'onde augmenterait-il ou diminuerait-il ? (Tapez 1 pour Augmente, 0 pour Diminue)

📝 Mémo
Liaison Forte = Fréquence Élevée.
Atome Lourd = Fréquence Basse.

Question 3 : Analyse de la zone C=O

Principe

L'analyse d'un spectre IR commence toujours par le repérage des bandes les plus intenses et caractéristiques. La bande C=O est souvent le "phare" du spectre car son moment dipolaire varie fortement lors de la vibration, ce qui la rend très visible.

Mini-Cours

Le Groupe Carbonyle (C=O)
C'est une des bandes les plus faciles à reconnaître. Elle est fine (car pas de liaison H) et très intense (absorbance forte). Elle se situe presque toujours entre 1680 et 1750 \(\text{cm}^{-1}\).

Remarque Pédagogique

Si vous voyez une bande forte vers 1700 \(\text{cm}^{-1}\), votre première hypothèse doit être la présence d'une fonction C=O (Cétone, Aldéhyde, Acide, Ester, Amide).

Normes

Les tables standards indiquent : Cétone saturée acyclique \(\approx 1715 \text{ cm}^{-1}\). Cétone conjuguée \(\approx 1690 \text{ cm}^{-1}\).

Concept Clé

Intensité d'absorption

I \propto \left( \frac{d\mu}{dx} \right)^2

L'intensité (I) dépend de la variation du moment dipolaire (\(\mu\)) lors de l'élongation (x). La liaison C=O est très polaire, donc I est grande.

Hypothèses

On suppose que l'échantillon est pur et en phase liquide (film liquide) ou en solution concentrée.

Données relevées directement sur le spectre fourni.

Donnée(s)

Lecture Spectre	Valeur relevée
Position du pic principal	\(\approx 1715 \text{ cm}^{-1}\)
Forme du pic	Fine (Stricte)
Intensité	Forte (Transmission faible)

Astuces

Pour lire précisément un spectre, regardez le bas du pic (le minimum de transmission). C'est là que se trouve la valeur exacte du nombre d'onde.

Schéma (Identification Visuelle)

Zoom Zone Carbonyle (Détail)

Analyse Graphique

Nous observons graphiquement une bande fine et très intense centrée à 1715 \(\text{cm}^{-1}\). Elle domine cette partie du spectre.

Réflexions

Cette position (1715 \(\text{cm}^{-1}\)) coïncide parfaitement avec le calcul théorique de la Question 2 (1720 \(\text{cm}^{-1}\)). La théorie corrobore l'expérience.

Points de vigilance

Ne confondez pas avec la liaison double C=C (alcène) qui sort plus bas (vers 1600-1680 \(\text{cm}^{-1}\)) et qui est souvent beaucoup moins intense (sauf si très polarisée).

Points à Retenir

C=O Carbonyle :
- Acide : Large (liaisons H) + C=O
- Cétone : Fine + C=O (~1715)
- Ester : Fine + C=O (~1740) + C-O (~1200)

FAQ

Pourquoi la bande est-elle "fine" ?

Contrairement aux alcools (O-H), les cétones ne forment pas de liaisons hydrogène intermoléculaires fortes qui dispersent l'énergie de vibration. La fréquence est donc bien définie.

Présence confirmée d'un groupe Carbonyle (C=O).

📝 Mémo
Pic intense à 1700-1750 \(\text{cm}^{-1}\) = "Le Phare" = Carbonyle !

Question 4 : Recherche de la liaison O-H (Alcool)

Principe

Pour discriminer entre la Propanone (Cétone) et l'Alcool Allylique (Alcool), la méthode la plus rapide est de chercher la preuve de l'existence (ou de l'absence) de la fonction Alcool (-OH). C'est une méthode d'exclusion.

Mini-Cours

La Bande O-H (liée)
En phase liquide, les molécules d'alcool s'associent par liaisons hydrogène. Cela affaiblit la liaison O-H covalente (baisse de k) et crée une distribution d'énergies. Résultat : une bande très large et intense vers 3200-3400 \(\text{cm}^{-1}\).

Remarque Pédagogique

En sciences, prouver l'absence d'un signal est aussi important que prouver sa présence. Ici, l'absence de O-H élimine l'hypothèse de l'alcool.

Normes

Alcools (phase liquide) : Bande large centrée vers 3350 \(\text{cm}^{-1}\).
Alcools (gaz/dilué) : Bande fine vers 3600 \(\text{cm}^{-1}\) (O-H libre).

Concept Clé

Liaison Hydrogène = Élargissement spectral. Plus il y a d'interactions intermoléculaires, plus la bande est large.

Hypothèses

L'échantillon est liquide pur, donc les liaisons hydrogène seraient nombreuses si la fonction OH était présente.

Données relevées directement sur le spectre fourni.

Donnée(s)

Zone spectrale	Observation attendue (si Alcool)	Observation réelle
3200-3600 \(\text{cm}^{-1}\)	Bande large et forte	Ligne de base plate (Rien)

Astuces

Cherchez la "Forme en U" ou la "Patate" tout à gauche du spectre. C'est inmanquable. Si c'est plat, pas d'alcool (ni d'eau !).

Schéma (Ce qu'on cherche vs Ce qu'on a)

Comparaison : Alcool vs Cétone

Analyse Graphique

Sur le spectre fourni (zone 3000-3500 \(\text{cm}^{-1}\)), la ligne de base reste haute (transmittance proche de 100%). Les seuls pics visibles vers 2950 \(\text{cm}^{-1}\) sont fins et correspondent aux vibrations C-H (alcanes), pas à O-H.

Réflexions

Cette absence est cohérente avec la structure de la Propanone (\(\text{CH}_3-\text{CO}-\text{CH}_3\)) qui ne contient aucun atome d'hydrogène lié à un oxygène.

Points de vigilance

Attention à l'eau ! Si l'échantillon est humide, l'eau (H-O-H) crée une bande O-H large même si la molécule n'est pas un alcool. Ici, l'absence totale garantit aussi que l'échantillon est sec.

Points à Retenir

Règle d'or :
Pas de bande large à 3300 \(\text{cm}^{-1}\) \(\Rightarrow\) Pas de groupe alcool (-OH) ni acide carboxylique (-COOH).

FAQ

Une bande O-H peut-elle être fine ?

Oui, mais seulement si l'alcool est à l'état gazeux ou très dilué dans un solvant apolaire (pas de liaisons hydrogène). Dans un liquide pur, elle est toujours large.

Absence confirmée de liaison O-H.

📝 Mémo
Pas de "patate" à 3300 \(\text{cm}^{-1}\) = Pas d'alcool.

Question 5 : Conclusion et Identification

Principe

L'identification finale consiste à rassembler toutes les pièces du puzzle spectral (bandes présentes et absentes) et à les confronter aux structures candidates. C'est une démarche de déduction logique.

Mini-Cours

Isomérie de fonction
La Propanone et l'Alcool Allylique ont la même formule brute \(\text{C}_3\text{H}_6\text{O}\) mais des fonctions différentes. L'IR est l'outil idéal pour trancher car il voit les fonctions, pas juste la masse.

Remarque Pédagogique

Une bonne conclusion doit toujours justifier le choix retenu (pourquoi c'est X) ET justifier le rejet des autres (pourquoi ce n'est pas Y).

Normes

Nomenclature IUPAC : Propan-2-one (Cétone) vs Prop-2-èn-1-ol (Alcool).

Concept Clé

Corrélation Structure-Spectre : Chaque groupe fonctionnel a une signature spectrale unique.

Hypothèses

Nous supposons que l'échantillon correspond bien à l'un des deux isomères proposés dans l'énoncé.

Synthèse des observations précédentes.

Synthèse des indices

Indice Spectral	Interprétation	Molécule Compatible ?
Bande intense à 1715 \(\text{cm}^{-1}\)	Présence C=O (Cétone)	Propanone
Absence de bande large > 3200 \(\text{cm}^{-1}\)	Absence O-H (Pas d'Alcool)	Propanone
Absence de bande C=C vers 1650 \(\text{cm}^{-1}\)	Absence alcène	Propanone

Astuces

Si vous hésitez encore, regardez l'empreinte digitale (< 1500 \(\text{cm}^{-1}\)). Si vous avez le spectre de référence de la propanone dans une base de données, la superposition doit être parfaite.

Schéma (Les Candidats)

Comparaison Structurelle

Raisonnement Logique

L'Alcool Allylique (\(\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}_2-\text{OH}\)) aurait dû présenter une bande O-H forte (3300 \(\text{cm}^{-1}\)) ainsi qu'une bande C=C (1650 \(\text{cm}^{-1}\)). Aucune de ces bandes n'est visible.
La Propanone (\(\text{CH}_3-\text{CO}-\text{CH}_3\)) doit présenter une bande C=O forte (1715 \(\text{cm}^{-1}\)) et aucune bande O-H. C'est exactement ce que nous observons.

Réflexions

Le spectre est très propre et correspond en tous points à celui d'une cétone aliphatique simple. Il n'y a pas d'ambiguïté majeure.

Points de vigilance

Ne vous fiez jamais à une seule bande pour identifier une molécule entière. C'est la combinaison des indices (C=O présent + O-H absent) qui valide la conclusion.

Points à Retenir

L'IR permet d'identifier les fonctions chimiques, pas directement l'enchaînement exact des carbones (sauf via l'empreinte digitale). Ici, l'élimination des isomères permet l'identification.

FAQ

Et si c'était un Aldéhyde ?

Un aldéhyde aurait aussi un C=O vers 1720 \(\text{cm}^{-1}\). Mais il aurait aussi deux bandes "jumelles" caractéristiques C-H (aldéhydique) vers 2750 et 2850 \(\text{cm}^{-1}\). Leur absence confirme la cétone.

L'Échantillon X est la Propanone.

📝 Mémo
IR = Identification des fonctions. RMN = Identification du squelette.

Bilan Structurel de la Propanone

Association des bandes spectrales à la structure moléculaire

📝 Grand Mémo : Spectroscopie IR

Pour réussir vos identifications spectrales :

🔑
Zone Fonctionnelle vs Empreinte Digitale
Regardez toujours à gauche de 1500 \(\text{cm}^{-1}\) pour identifier les fonctions. La zone < 1500 \(\text{cm}^{-1}\) est trop complexe (empreinte digitale).
📐
Loi de Hooke
\(\bar{\nu} \propto \sqrt{k/\mu}\). Une liaison forte (double/triple) ou des atomes légers augmentent le nombre d'onde.
⚠️
Le piège O-H vs N-H
Les deux absorbent vers 3300 \(\text{cm}^{-1}\), mais la bande O-H est souvent beaucoup plus large et intense que la bande N-H.
💡
Repère C=O
La bande la plus utile est celle du carbonyle vers 1700-1750 \(\text{cm}^{-1}\). Si elle est là, vous avez une Cétone, un Aldéhyde, un Acide ou un Ester.

🎛️ Simulateur : Loi de Hooke

Influence de la force de liaison et de la masse sur le nombre d'onde.

Paramètres

Constante de force \(k\) (N/m) : 500

(Simple: ~500, Double: ~1200, Triple: ~1800)

Masse réduite \(\mu\) (u.m.a) : 10

(Léger: H-C, Lourd: C-Br)

Nombre d'onde \(\bar{\nu}\) : - cm⁻¹

Type de vibration : -

📝 Quiz final : Testez vos connaissances

1. Quelle est l'unité usuelle du nombre d'onde en spectroscopie IR ?

Nanomètre (nm)
Centimètre inverse (cm⁻¹)
Hertz (Hz)

2. Comment reconnaît-on une liaison O-H d'un alcool sur un spectre ?

Une bande large et forte vers 3300 cm⁻¹
Une bande fine et pointue vers 1700 cm⁻¹
Elle est invisible en IR

3. Selon la loi de Hooke, si la masse des atomes augmente, le nombre d'onde...

Augmente
Diminue

📚 Glossaire

Nombre d'onde (\(\bar{\nu}\)): L'inverse de la longueur d'onde (\(1/\lambda\)). Il est proportionnel à l'énergie de vibration.
Transmittance: Pourcentage de lumière qui traverse l'échantillon sans être absorbée. Un pic d'absorption correspond à une transmittance faible (creux vers le bas).
Zone d'empreinte digitale: Zone du spectre située en dessous de 1500 \(\text{cm}^{-1}\). Elle contient des vibrations complexes uniques à chaque molécule, difficilement analysables séparément.
Élongation: Type de vibration où la distance entre deux atomes varie le long de l'axe de la liaison (Stretching).

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Objectifs Pédagogiques

Données de l'étude

Fiche Technique / Données Atomiques

Spectre IR de l'Échantillon X

Questions à traiter

Les bases théoriques : Modèle Mécanique

Correction : Identification des molécules par Spectroscopie Infrarouge (IR)

Question 1 : Calcul de la masse réduite \(\mu\) (Liaison C=O)

Principe

Mini-Cours

Remarque Pédagogique

Formule(s)

Hypothèses

Donnée(s)

Astuces

Schéma (Le système)

Modèle Masse-Ressort 3D

Calcul(s)

Schéma (Après les calculs )

Visualisation : Barycentre et Masse Réduite

Réflexions

Points de vigilance

Points à Retenir

FAQ

Question 2 : Calcul du nombre d'onde théorique \(\bar{\nu}\)

Principe

Mini-Cours

Remarque Pédagogique

Formule(s)

Hypothèses

Donnée(s)

Astuces

Schéma (Le modèle physique)

Vibration d'élongation

Calcul(s)

Schéma (Après les calculs) Position sur l'échelle spectrale 4000 2000 500 1719 cm⁻¹ Zone C=O

Position sur l'échelle spectrale

Réflexions

Points de vigilance

Points à Retenir

FAQ

Question 3 : Analyse de la zone C=O

Principe

Mini-Cours

Remarque Pédagogique

Normes

Concept Clé

Hypothèses

Donnée(s)

Astuces

Schéma (Identification Visuelle)

Zoom Zone Carbonyle (Détail)

Analyse Graphique

Réflexions

Points de vigilance

Points à Retenir

FAQ

Question 4 : Recherche de la liaison O-H (Alcool)

Principe

Mini-Cours

Remarque Pédagogique

Normes

Concept Clé

Hypothèses

Donnée(s)

Astuces

Schéma (Ce qu'on cherche vs Ce qu'on a)

Comparaison : Alcool vs Cétone

Analyse Graphique

Réflexions

Points de vigilance

Points à Retenir

FAQ

Question 5 : Conclusion et Identification

Principe

Mini-Cours

Remarque Pédagogique

Normes

Concept Clé

Schéma (Après les calculs)

Position sur l'échelle spectrale