Spectroscopie UV-Visible

différentes molécules peuvent absorber la lumière à des longueurs d'onde différentes et si une molécule absorbe la lumière dans la partie uv visible du spectre électromagnétique de la lumière alors on va pouvoir trouver la longueur d'onde d'absorption de la lumière par cette molécule en utilisant un dispositif expérimental qui s'appelle un spectrophotomètre uv visible comment ça marche et bien en fait la lumière utilisé par ceux spectrophotomètre va émettre à rayonnement pour des longueurs d'onde entre 200 et 800 nanomètres environ on va éclairer une cellule de mesure qui va contenir l'échantillon et on va récupérer un spectre d'absorbants ce hub est visible on a ici un exemple de ce texte a dit du spectre d'absorbants de la molécule de butadiène qui représentez ici pour deux longueurs d'onde entre eux ici 200 et 300 nanomètres envions donc là on est dans la zone des uv or si on regarde un petit peu le spectre en détail on voit qu'on a un pic ici un maximum atteint pour l'absorber ans pour le butadiène a une longueur d'onde d'environ juste en dessous de 220 nanomètres en fait pour être précis c'est 217 nanomètres et sept longueurs d'onde ici 217 nanomètres on l'appelle lambda max longueur d'onde max puisque c'est la longueur d'onde à laquelle on a le maximum d'absorbants pour la molécule de butadiène comme on est dans la zone des uv est bien le but adn et incolore à nos yeux alors regardons un peu plus en détail la formule topologique du butadiène ici donc on a émis chaîne carbonée à quatre atomes de carbone avec deux double liaison ici donc on a quatre carbone hybride et en fp2 en plus ici on a une conjugaison donc en fait les quatre orbitale paix qu'on avant chacun des carbones hybride en fp2 vont se recouvrir se recombiner et d'après la théorie des orbites et moléculaire lorsqu'on à 4 orbite anatomique qui vont interagir et se recombiner on va obtenir 4 orbitale moléculaire de lyon et deux antilles hante alors voyons voir ce que ça donne sur le diagramme énergétique glycines en question n'a même niveau d'énergie et puis des quatre orbitale moléculaire qu'on a obtenus d'après la théorie de désorbiter moléculaire pour cette molécule de butadiène ici celles pour lesquelles les niveaux d'énergie sont les plus bas donc les deux premières ce sont les orbitale mollet l'air si je vais te violer liante matin elle et puis ici au dessus les deux qu'on a avec les niveaux les plus hauts en énergie font les orbitale moléculaire anti lien donc je note à elle alors combien est-ce qu'on a d'électrons pi a placé dans ces orbitale on va regarder la formule topologique ici on a deux électrons pie xi et deux électrons pu ici donc j'ai en tout quatre électrons qui a placé donc j'en ai deux ici avec des spins opposés et puis deux ici dans l'orbité a juste au dessus avec des spinaux pose également donc là qu'est ce qu'on a on a en fait l'état fondamental d'un point de vue énergétique alors qu'est ce qui va se passer et bien en fait on va éclairer la molécule de 8 à bienne avec de la lumière avec le spectrophotomètre lui visible et on va apporter de l'énergie sous forme de photons donc ce qui va nous intéresser c'est qu'est ce qui va se passer lorsqu'on va éclairer cette molécule de butadiène qui est dans cet état fondamental par de la lumière uv visible dans ces longueurs d'onde ici donc lorsqu'on va exciter la molécule de butadiène en lui apportant de l'énergie sous forme de lumière on va enfin pouvoir faire passer un électron ici qui est sûr ce niveau d'énergie à un niveau d'énergie supérieure et on va alors obtenir l'état excité comme ceci tant qu'il en a toujours deux électrons dans ces nouveaux ici ici un électron et ici du coup maintenant un électron dont le niveau d'énergie supérieure ce qui va nous intéresser c'est la différence d'énergie entre ces deux niveaux ici donc ce qui est important ici c'est de remarquer que ce niveau c'est celui qui est le plus haut occupé donc au niveau énergétique le niveau le plus haut en énergie qui est occupée par les électrons c'est ce qu'on appelle orbitale la plus haute occupé à chaud en anglais celle ci s appelle l' homo highest occupants molécules à orbital donc ça on peut le trouver dans certains livres à chaud entre parenthèses le maître ou aux mots en anglais est ici ce niveau d'énergie ici que je m en bleu c'est celui qui correspond à leur buteur moléculaire de plus basse énergie vacante qui va être vide donc on l'appelle la bv basse vacantes en anglais c'est là le west en occupant molécules à orbital donc pour qu'un électron puisse passer de ce niveau à chaud à ce niveau bb ici il faut qu'on y apporte une certaine quantité d'énergie ici on a un certain delta e qui correspond à la différence d'énergie entre le niveau de la à chaud et le niveau de la bv et pour qu'un électron pas cela à chaud ici à la bv il faut lui apporter cette quantité d'énergie il doit absorber cette quantité précise d'énergie ici pour avoir cette transition énergétique cette énergie elle provient des photons qu'on apporte via le spectrophotomètre donc l'énergie des photons on l'a déjà vu dans d'autres vidéos ch menus achats constante de planck et nuit en fête la fréquence cette fréquence elle est liée à la longueur d'onde par la formule suivante c'est la vitesse de la lumière c'est égal à lambda à longueur d'onde fois la fréquence nu donc je peux avoir en fait eux qui est égal à h donc constante de planck fois c'est vitesse de la lumière / lambda donc là ici j'ai une relation entre l'énergie on apporte avec le photon et la longueur d'onde correspondant à ceux photons et elles sont inversement proportionnels plus la longueur d'onde va être faibles plus l'énergie va être importante et s'il faut bien comprendre c'est donc quelque entité spécifique d'énergie va correspondre à une longueur d'onde particulière et caractéristiques donc si c'était aussi simple que cela moi je m'attendrais à avoir un spectre d'absortion qui correspondrait plutôt à un pic ici comme ceci avec ici la ressemblance et puis là les longueurs d'onde puisque du coup le passage d'un électron de ce niveau à celui ci correspond à une quantité d'énergie précise donc une longueur d'onde précis en réalité on observe une bande d'absortion ici c'est parce que les niveaux d'énergie 6h au et bv en fait il existe beaucoup de niveaux d'énergie autour des niveaux à chaud et pv qui correspondent à des états d'énergie cib rationnelle et rotationnelle donc avec des niveaux d'énergie légèrement différent des niveaux à chaud et bv ce qui explique pourquoi on n'observe pas une seule longueur d'onde lambda d'absortion de la lumière mais toute une gamme autour du maximum lambda max avec donc une bande plus ou moins large puisqu'on a non pas une seule valeur d'énergie précise pour la transition de cet électron mais toute une gamme d'énergie possible en tout cas ce qu'il faut retenir c'est que au niveau de la lampe d'un max on à la différence d'énergie entre les niveaux de là à chaud et de la bba à l'état fondamental et c'est ce qu'on cherche lorsqu'on regarde un spectre d'absortion il dit par exemple on regarde le maximum le pic d'absorber ans pour la molécule et ça nous donne une information sur la différence d'énergie entre le niveau de la à chaud et de la berri voilà donc pour le butadiène on va maintenant s'intéresser à un autre exemple avec la molécule d'as et aldei n'est que j'ai représenté ici donc pour cette molécule d'acide al-din au niveau du groupe carbone il on a deux ans huit alpes et du carbone et de l'oxygène qui vont pouvoir se recouvrir et donc d'après la théorie des orbitale moléculaire on va obtenir d'eux orbitale moléculaire une orbitale cliente une entité moléculaire anti lente qu'on a représenté sur le diagramme énergétique ici donc on les appelle qui épie étoiles c'est leurs noms d'oncles orbitale pays ermite alpilles étoiles et on a ce je regarde on a deux électrons pis ici donc on va avoir deux électrons pis au niveau de l'hôpital liante qu'on a sur le diagramme ici ici on reconnaît l'hôpital la plus haute occupé ici on reconnaît notre orbital le plus basses vacante et donc si on apporte de l'énergie qui correspond à ce delta e ici sous la forme de photons donc avec une certaine longueur d'onde on s'attendrait à voir une transition d'un électron entre l'hôpital qui est leur vital qui étoiles donc c'est ce qu'on appelle une transition pipier toile et la longueur d'onde qu'on obtiendrait pour cette différence énergie ici ce serait à peu près 180 nanomètres donc là c'est en dessous de ce que nous permet le spectrophotomètre et pourtant on observe des choses très net sur le spectre jugé visible de la ctd alors comment l'expliquer il ya parce qu'en fait quand on a un groupe carbonique ici il faut également s'intéresser à deux électrons qui sont au niveau du double est non lyon d'un dédoublement liant au niveau de l'oxygène je voulais représenter en orange ces deux électrons qui doublait lorient il se trouve que ces deux électrons il occupe une orbitale non liantes dont le niveau d'énergie représenté ici donc je vais représenter ces deux électrons ici et on voit que ce niveau d'énergie il est un petit peu plus élevé que celui de notre h aux orbites alpilles ici donc qu'est ce qui va se passer et bien à partir de ce niveau que je veux noté n ici on va pouvoir en fait quand on excite la molécule en lui apportant de la lumière du spectre visible on va pouvoir avoir un delta énergétique ici qui va nous permettre d'avoir une transition entre le niveau n est le niveau pee étoiles donc on appâte à une transition entre toiles d'un des électrons du double est non liant de l'oxygène vers le niveau pee étoiles ici la différence d'énergie entre ceux de niveau ici je notais delta le primat pour que ce soit plus clair wendel tard prime elle est plus petite que delta e d'étape prime elle est inférieure à delta e et comme dans une relation de proportionnalité inverse entre eux et lambda 1 longueur d'onde ça veut dire que la longueur d'onde nécessaire pour avoir la transition entre toiles lambda prime elle est supérieure à lambda qui à longueur d'onde par laquelle on obtiendrait la transition qui pillent étoiles effectivement on avait lambda qui valait j'ai dit tout à l'heure 190 m il vient pour cette transition n pied toile on va avoir lambda prime qui vaut à peu près 200 90 nanomètres donc ça on va clairement observé une bande d'absortion avec notre spectre uv visibles autour de 290 nanomètres on peut retenir que lorsqu'on a un composé carbonnier n'a pas seulement les électrons pis à prendre en compte mais également les électrons du double est non il y en a ici qui occupe une orbitale non liantes le niveau n et on peut avoir une transition entre toiles plutôt qu'une transition pipi étoiles donc le concept très important à retenir de cette vidéo c'est que plus on a une différence d'énergie entre deux niveaux qui est petit plus la longueur d'onde de la lumière absorbée correspondante est grande puisque on a une relation de proportionnalité inverse entre eux et landa on va reparler de tout ça dans les vidéos suivantes quand on va aborder l'origine de la couleur visible à nos yeux des molécules organiques