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Spectroscopie infrarouge – groupes caractéristiques, vibrations des liaisons et gaz à effet de serre

ChimieChimie organique16–17 ans

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Observez des spectres IR schématiques de 4000 à 500 cm⁻¹ pour dix composés organiques, déplacez un curseur pour lire les bandes et comparez-les à une table de correspondance (O–H, N–H, C–H, C≡N, C=O, C=C, C–O, empreinte digitale), puis identifiez des groupes caractéristiques dans un quiz. D’autres écrans modélisent une liaison qui vibre comme un ressort, l’absorption IR de CO₂, H₂O et CH₄ dans l’effet de serre et un spectre UV-visible qui relie couleur absorbée et couleur perçue.

Leçon : Spectroscopie infrarouge et identification des groupes caractéristiques

Ce qu’elle montre

Le rayonnement infrarouge fait vibrer les liaisons covalentes. Une liaison n’absorbe qu’à la fréquence de sa propre vibration d’élongation ou de déformation, qui dépend de la force de la liaison et des masses des atomes ; chaque groupe caractéristique absorbe donc dans un domaine typique de nombres d’onde : une bande O–H large vers 3230–3550 cm⁻¹ pour les alcools, une bande O–H très large vers 2500–3300 cm⁻¹ pour les acides carboxyliques et une bande C=O intense vers 1680–1750 cm⁻¹. La zone d’empreinte digitale, sous 1500 cm⁻¹, est propre à chaque composé. La même physique explique pourquoi CO₂, H₂O et CH₄ sont des gaz à effet de serre, mais pas N₂ ni O₂.

Mode d’emploi

Dans l’écran Voir le spectre IR, choisissez une Molécule, cochez Table de correspondance et déplacez le curseur sur le spectre pour lire les nombres d’onde ; Comparer avec superpose un second composé. Dans Quiz des groupes caractéristiques, lisez le spectre inconnu et cliquez sur une famille ; Question suivante en propose une autre. Dans Vibration d’une liaison, réglez le Nombre d’onde IR sur la raie d’absorption et modifiez la Constante de raideur k. Explorez ensuite Gaz à effet de serre et UV-visible et couleur.

Paramètres modifiables

  • Écran Voir le spectre IR, Quiz des groupes caractéristiques, Vibration d’une liaison, Gaz à effet de serre, UV-visible et couleur
  • Molécule affichée hexane, hex-1-ène, méthylbenzène (toluène), éthanol, propanal, propanone (acétone), acide propanoïque, éthanoate d’éthyle (acétate d’éthyle), propan-1-amine, éthanenitrile (acétonitrile)
  • Comparer avec (aucune), hexane, hex-1-ène, méthylbenzène (toluène), éthanol, propanal, propanone (acétone), acide propanoïque, éthanoate d’éthyle (acétate d’éthyle), propan-1-amine, éthanenitrile (acétonitrile)
  • Liaison qui vibre C–H, C–D (deutérium), O–H, N–H, C–O, C=C, C=O, C≡N
  • Gaz Dioxyde de carbone (CO₂), Vapeur d’eau (H₂O), Méthane (CH₄), Diazote et dioxygène (N₂, O₂)
  • Espèce colorée (UV-visible) Ion permanganate MnO₄⁻ (KMnO₄), Ion [Cu(H₂O)₆]²⁺ (solution de CuSO₄), Complexe [Cu(NH₃)₄(H₂O)₂]²⁺, Ion dichromate Cr₂O₇²⁻, β-carotène (dans la carotte), Chlorophylle a

Questions à explorer

  1. Comment distinguer un alcool d’un acide carboxylique à partir de la seule bande O–H ?
  2. Quelle bande distingue un aldéhyde d’une cétone, et où se situe-t-elle ?
  3. Pourquoi CO₂ et H₂O absorbent-ils le rayonnement infrarouge, mais pas N₂ ni O₂ ?

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