La spectrophotométrie est une méthode d'analyse physico-chimique qui permet d'étudier l'interaction entre la lumière et la matière. Elle est essentielle pour comprendre pourquoi les solutions présentent une couleur spécifique et comment cette propriété peut être utilisée pour déterminer la concentration d'une espèce chimique en solution.
Absorbance (A)
Grandeur sans unité qui mesure la capacité d'une solution à absorber une partie de la lumière qui la traverse. Plus l'absorbance est élevée, plus la solution absorbe de lumière à une longueur d'onde donnée.
Spectre d'absorption
Représentation graphique de l'absorbance d'une solution en fonction de la longueur d'onde de la lumière. Il révèle les longueurs d'onde pour lesquelles la solution absorbe le plus de lumière.
Lumière blanche
Lumière polychromatique composée de toutes les couleurs du spectre visible (du violet au rouge), correspondant à des longueurs d'onde allant d'environ 400 nm à 800 nm.
Cercle chromatique
Outil visuel qui représente les couleurs complémentaires. Deux couleurs diamétralement opposées sur le cercle sont complémentaires : l'absorption de l'une entraîne la perception de l'autre.
Couleur perçue
Couleur d'une solution telle qu'elle est vue par l'œil humain. C'est la couleur complémentaire de celle qui est majoritairement absorbée par la solution.
Interaction Lumière-Matière et Couleur
Lorsqu'une lumière blanche traverse une solution colorée, une partie des radiations lumineuses est absorbée par les espèces chimiques présentes. Les radiations non absorbées sont transmises et constituent la couleur perçue de la solution. Par exemple, une solution apparaît bleue si elle absorbe principalement les radiations oranges et rouges, et transmet les radiations bleues.
Absorption de la lumière et cercle chromatique
Le Spectre d'Absorption
Le spectre d'absorption d'une solution est une signature unique qui montre comment son absorbance varie en fonction de la longueur d'onde. Il est obtenu à l'aide d'un spectrophotomètre. Le maximum d'absorption (λmax) correspond à la longueur d'onde pour laquelle la solution absorbe le plus de lumière. Cette valeur est cruciale pour identifier la couleur absorbée et en déduire la couleur perçue de la solution, en utilisant le cercle chromatique.
Exemple de spectre d'absorption
La Loi de Beer-Lambert
La loi de Beer-Lambert établit une relation de proportionnalité entre l'absorbance (A) d'une solution, sa concentration (c) et l'épaisseur de la cuve (l) traversée par la lumière. Cette loi est fondamentale pour les dosages spectrophotométriques, permettant de déterminer la concentration d'une espèce colorée à partir de son absorbance.
Loi de Beer-Lambert
Où :
- A est l'absorbance (sans unité)
- ε (epsilon) est le coefficient d'absorption molaire (en L·mol-1·cm-1), caractéristique de l'espèce chimique et de la longueur d'onde
- l est l'épaisseur de la solution traversée (en cm)
- c est la concentration molaire de l'espèce absorbante (en mol·L-1)
Détermination de la Couleur d'une Solution
Pour déterminer la couleur d'une solution, on identifie d'abord la couleur de la lumière qu'elle absorbe le plus efficacement, en se basant sur le λmax de son spectre d'absorption. Ensuite, en utilisant le cercle chromatique, on trouve la couleur complémentaire à la couleur absorbée. Cette couleur complémentaire est la couleur perçue de la solution. Par exemple, si une solution absorbe fortement dans le jaune (λmax autour de 580 nm), elle apparaîtra violette, car le violet est la couleur complémentaire du jaune.
A retenir :
Synthèse des Notions Clés
- La spectrophotométrie étudie l'interaction lumière-matière, notamment l'absorption sélective.
- Le spectre d'absorption montre l'absorbance d'une solution en fonction de la longueur d'onde, avec un pic à λmax.
- La couleur perçue d'une solution est la couleur complémentaire de celle qu'elle absorbe majoritairement.
- Le cercle chromatique est un outil pour déterminer la couleur complémentaire.
- La loi de Beer-Lambert (A = ε·l·c) établit une proportionnalité entre l'absorbance et la concentration, essentielle pour les dosages.
- La lumière blanche est composée de toutes les radiations du spectre visible.