Interprétation d'un spectre
Couleur perçue : La couleur d'une solution est la couleur complémentaire de celle qu'elle absorbe le plus. Si une solution absorbe une radiation de longueur d'onde λ, elle apparaît de la couleur complémentaire dans le cercle chromatique.
- Identifier la longueur d'onde du pic d'absorption maximal
- Localiser cette longueur d'onde dans le spectre visible
- Déterminer la couleur complémentaire
Le spectre montre un pic maximum à λ = 450 nm
Cette longueur d'onde correspond à la lumière bleue
À 450 nm, la lumière absorbée est bleue
C'est cette radiation qui est majoritairement bloquée par la solution
La couleur perçue est la couleur complémentaire du bleu
Dans le cercle chromatique, la couleur complémentaire du bleu est l'orange
Une solution qui absorbe dans le bleu (450 nm) apparaît orange
Cela correspond à l'observation expérimentale
La solution apparaît orange car elle absorbe principalement la lumière bleue à 450 nm.
• Couleur perçue : Complémentaire de la couleur absorbée
• Longueur d'onde : 450 nm → lumière bleue
• Cercle chromatique : Bleu ↔ Orange
Énergie d'un photon : \(E = h \nu = \frac{hc}{\lambda}\) où E est l'énergie du photon en joules (J), h la constante de Planck (6,63×10⁻³⁴ J.s), ν la fréquence en hertz (Hz), c la vitesse de la lumière (3,00×10⁸ m/s), λ la longueur d'onde en mètres (m).
h = 6,63×10⁻³⁴ J.s
c = 3,00×10⁸ m/s
λ = 450 nm = 450 × 10⁻⁹ m = 4,50 × 10⁻⁷ m
E = hc/λ = (6,63×10⁻³⁴ × 3,00×10⁸) / (4,50×10⁻⁷)
6,63×10⁻³⁴ × 3,00×10⁸ = 19,89×10⁻²⁶ = 1,989×10⁻²⁵ J.m
E = (1,989×10⁻²⁵) / (4,50×10⁻⁷) = (1,989/4,50) × 10⁻²⁵⁻(⁻⁷) = 0,442×10⁻¹⁸ = 4,42×10⁻¹⁹ J
Pour des photons visibles, E ≈ 10⁻¹⁹ J, ce qui correspond à notre résultat
L'énergie d'un photon absorbé à 450 nm est de 4,42×10⁻¹⁹ J.
• Énergie photon : E = hc/λ
• Unités : Convertir λ en mètres
• Constantes : h = 6,63×10⁻³⁴ J.s, c = 3,00×10⁸ m/s
Longueur d'onde et couleur : Le spectre visible s'étend de 400 nm (violet) à 700 nm (rouge). Les longueurs d'onde comprises entre 600 et 700 nm correspondent à la lumière rouge/orange.
λ = 650 nm se situe dans la partie rouge du spectre visible (600-700 nm)
La solution absorbe la lumière rouge/orange
La couleur perçue est complémentaire du rouge
Cela correspond au bleu-vert (cyan) dans le cercle chromatique
Une solution qui absorbe dans le rouge apparaît cyan/bleu-vert
Cela est confirmé expérimentalement
La solution apparaît bleu-vert (cyan) car elle absorbe principalement la lumière rouge à 650 nm.
• Spectre visible : 400-700 nm
• Zone rouge : 600-700 nm
• Couleur complémentaire : Rouge ↔ Cyan
Énergie des photons : Pour chaque longueur d'onde λ, l'énergie du photon correspondant est donnée par \(E = \frac{hc}{\lambda}\). Plus la longueur d'onde est courte, plus l'énergie est élevée.
λ₂ = 550 nm
h = 6,63×10⁻³⁴ J.s
c = 3,00×10⁸ m/s
λ₁ = 300 nm = 3,00×10⁻⁷ m
λ₂ = 550 nm = 5,50×10⁻⁷ m
E₁ = hc/λ₁ = (6,63×10⁻³⁴ × 3,00×10⁸) / (3,00×10⁻⁷)
E₁ = (1,989×10⁻²⁵) / (3,00×10⁻⁷) = 6,63×10⁻¹⁹ J
E₂ = hc/λ₂ = (6,63×10⁻³⁴ × 3,00×10⁸) / (5,50×10⁻⁷)
E₂ = (1,989×10⁻²⁵) / (5,50×10⁻⁷) = 3,62×10⁻¹⁹ J
E₁ > E₂ car λ₁ < λ₂ (énergie inversement proportionnelle à λ)
Le photon à 300 nm a plus d'énergie que celui à 550 nm
300 nm → UV proche → transitions électroniques intenses
550 nm → Vert → transitions électroniques moins énergétiques
L'énergie du photon à 300 nm est 6,63×10⁻¹⁹ J et celle du photon à 550 nm est 3,62×10⁻¹⁹ J.
• Relation E-λ : E = hc/λ
• Inverse proportionnel : Plus λ est grand, plus E est petite
• Unités cohérentes : Longueurs d'onde en mètres
Solution incolore : Une solution qui ne présente aucune absorption significative dans le domaine du visible (400-700 nm). Cela signifie que toutes les radiations visibles sont transmises.
Une solution incolore ne modifie pas la lumière blanche qui la traverse
Elle ne présente donc aucune absorption notable dans le visible
Dans le spectre d'absorption, A ≈ 0 dans la gamme 400-700 nm
Le spectre apparaît donc comme une ligne horizontale proche de zéro
Les molécules ne possèdent pas de transitions électroniques correspondant aux énergies des photons visibles
Les électrons n'ont pas les niveaux d'énergie appropriés pour absorber dans le visible
Tous les photons visibles traversent la solution sans être absorbés
La lumière blanche sort donc inchangée ⇒ solution incolore
Exemples : eau pure, solution saline, sucre en solution
Ces substances n'ont pas de systèmes électroniques conjugués
Une solution incolore présente un spectre d'absorption plat dans le domaine visible car elle ne possède aucune transition électronique correspondant aux énergies des photons visibles. Aucune radiation n'est absorbée, donc toutes sont transmises.
• Domaine visible : 400-700 nm
• Incolore : A ≈ 0 dans le visible
• Transitions électroniques : Nécessaires pour l'absorption
- Identifier les pics : λ_max d'absorption
- Déterminer la couleur : Complémentaire de λ_max
- Calculer l'énergie : E = hc/λ
- Interpréter : Transitions électroniques
- Le spectre d'absorption est une empreinte digitale de la substance
- La couleur perçue est toujours complémentaire de la couleur absorbée
- Les solutions incolores n'ont pas de pics dans le visible
- Plus la longueur d'onde est courte, plus l'énergie du photon est élevée
