Cette fiche de révision explore l'interaction entre la lumière et les solutions colorées, un principe fondamental en spectrophotométrie. Nous verrons comment la lumière blanche se décompose, comment les solutions absorbent certaines radiations et comment déterminer leur couleur apparente à l'aide du cercle chromatique.
Spectre continu
Ensemble de toutes les radiations colorées, sans interruption, comme celui de la lumière blanche.
Spectre d'absorption
Spectre obtenu lorsqu'une solution colorée absorbe certaines radiations de la lumière blanche, laissant apparaître des bandes sombres.
Couleur complémentaire
Couleur diamétralement opposée à une couleur donnée sur le cercle chromatique. C'est la couleur perçue d'une solution qui absorbe la couleur opposée.
Longueur d'onde (λ)
Caractéristique d'une radiation lumineuse, déterminant sa couleur. Elle est exprimée en nanomètres (nm).
Absorbance (A)
Grandeur sans unité mesurant la capacité d'une solution à absorber la lumière à une longueur d'onde donnée.
La lumière et ses spectres La lumière blanche est une lumière polychromatique, c'est-à-dire qu'elle est composée d'une infinité de radiations colorées. Lorsqu'elle traverse un prisme ou un réseau, ces radiations sont dispersées et forment un spectre continu, visible de 400 nm (violet) à 700 nm (rouge).
Spectre continu de la lumière blanche
Une solution est dite colorée si elle contient des espèces chimiques capables d'absorber une partie de la lumière qui la traverse. Les radiations non absorbées sont transmises et perçues. Le spectre obtenu est alors un spectre de bande d'absorption, caractérisé par des zones sombres correspondant aux longueurs d'onde absorbées.
Couleur des solutions et cercle chromatique La couleur apparente d'une solution est la synthèse des couleurs des radiations qu'elle transmet. Pour prévoir cette couleur, on utilise le cercle chromatique. Si une solution absorbe une radiation d'une certaine couleur, sa couleur apparente sera la couleur complémentaire, située à l'opposé sur le cercle chromatique.
Cercle chromatique des couleurs complémentaires
Par exemple, si une solution absorbe majoritairement la lumière rouge (vers 630 nm), elle apparaîtra de couleur cyan, qui est la couleur complémentaire du rouge.
La loi de Beer-Lambert et l'absorbance Le spectrophotomètre est l'instrument qui permet de mesurer l'absorbance (A) d'une solution à une longueur d'onde donnée. L'absorbance est une grandeur clé pour caractériser l'interaction lumière-matière.
La loi de Beer-Lambert établit que la quantité de lumière absorbée par une solution est proportionnelle à plusieurs facteurs : l'épaisseur de la solution traversée (l), la concentration de l'espèce chimique absorbante (C), et le coefficient d'extinction molaire (ε), qui dépend de l'espèce chimique et de la longueur d'onde.
En pratique, pour une longueur d'onde d'absorption maximale (λmax) et une cuve de largeur constante (l), l'absorbance devient directement proportionnelle à la concentration : A = k x C. La courbe d'étalonnage A = f(C) est alors une droite passant par l'origine, permettant de déterminer la concentration d'une solution inconnue.
Courbe d'étalonnage de l'absorbance en fonction de la concentration
A retenir :
- La lumière blanche est un spectre continu de radiations colorées (400-700 nm).
- Une solution colorée absorbe certaines radiations, produisant un spectre d'absorption.
- La couleur apparente d'une solution est la couleur complémentaire des radiations absorbées, déterminée grâce au cercle chromatique.
- L'absorbance (A) mesure la capacité d'une solution à absorber la lumière à une longueur d'onde spécifique.
- La loi de Beer-Lambert (A = εlC) montre que l'absorbance est proportionnelle à la concentration de l'espèce absorbante, sous certaines conditions.