Objectifs

• Comprendre le principe de l’absorbance et du spectre d’absorption
• Maîtriser la loi de Beer-Lambert et son application pour suivre l’évolution d’une concentration
• Savoir interpréter un spectre et déduire l’évolution d’une espèce au cours d’une réaction

Rappels et notions clés

• Absorbance A et transmittance T : A = log10(I0 / I) et T = I / I0
• Spectre d’absorption : répartition de l’absorbance en fonction de la longueur d’onde λ
• Les transitions électroniques dans les liaisons conjuguées et les molécules aromatiques donnent des pics dans l’UV–Vis

Principe général

Lorsqu’une solution est éclairée par une lumière monochromatique ou quasi monochromatique, une partie de la lumière est absorbée par les espèces présentes. L’intensité qui passe est mesurée par un spectrophotomètre et permet de déduire la concentration des espèces absorbantes.

Absorbance et spectre d’absorption

L’absorbance A dépend de la longueur d’onde λ et de la concentration c. Sur un spectre UV-Vis, on observe des pics d’absorbance à des λ caractéristiques des transitions électroniques.

Loi de Beer-Lambert

Formulation simple : A = ε · l · c

• ε est l’absorbance molaire (molar absorptivity) en L·mol⁻¹·cm⁻¹
• l est la longueur du trajet de la lumière à travers la solution en cm
• c est la concentration en mol/L

On peut aussi écrire I = I0 · 10⁻ᴬ et A = ε l c lorsque les hypothèses sont vérifiées (solution homogène, absorption uniquement, λ dans le domaine d’absorption).

Application au suivi de l’évolution d’un système chimique

En mesurant l’absorbance à une λ associée au pic d’absorption de l’espèce étudiée, on suit l’évolution de sa concentration au cours du temps. Pour une réaction A → produits, la concentration de A décroît et A décroît en conséquence si l’espèce absorbante est A.

Exemple: si l’espèce absorbante présente un pic net à λ, l’évolution de A (ou de c) reflète la cinétique de la réaction et permet d’estimer la vitesse ou la demi-vie.

Exemple simple

Supposons ε = 1,0 L·mol⁻¹·cm⁻¹, l = 1 cm et c0 = 0,01 mol/L. A0 = εlc0 = 0,01. Si après un temps t la concentration est c = 0,005 mol/L, alors A = 0,005. On peut tracer A en fonction du temps pour suivre l’évolution.

Mesure et protocole

• Préparer des solutions mères et des dilutions claires
• Utiliser un spectrophotomètre UV-Vis et choisir λ avec un pic d’absorption net
• Établir une courbe d’étalonnage A = f(c) et calibrer l’appareillage
• S’assurer que la solution est homogène et que la cuve est adaptée et transparente

Interprétation et limites

• La loi de Beer-Lambert est valable pour des solutions diluées et sans interactions non linéaires
• Les interférences et les espèces concurrentes absorbantes peuvent fausser les mesures
• Incertitudes sur ε et sur l’épaisseur effective du trajet peuvent influencer les résultats

Exercices rapides

1. Calculer A si I0 = 1,00 et I = 0,50
2. Donner c si ε = 2,0 L·mol⁻¹·cm⁻¹, l = 1 cm et A = 0,3
3. Interpréter un spectre : que signifie un pic à λ donné dans le cadre d’une observation sur une réaction ?