Licence de Chimie Travaux Dirigés de Spectroscopie PDF

Polycopies-En: Spectroscopie Optique et RMN

Une série d'exercices corrigés est donnée à la fin de chaque chapitre. Le polycopié est composé de quatre chapitres : • Chapitre I : Rappel sur la structure de

Examen Méthodes spectroscopiques 2

16‏/12‏/2010 Exercice 1 (3 pts – 10min). Il est possible de doser simultanément par spectroscopie UV-‐Visible le cobalt et le nickel dans une.

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Contrôle des Connaissances de Spectroscopie Durée 1 h

06‏/11‏/2003 Problème II : Pour le composé de formule moléculaire C8H8O3 proposer au moins une structure qui soit en accord avec les spectres suivants.

Analyse spectrale Spectres IR

Document 2c : Table de données pour la spectroscopie IR. 1.1. Le document 1 évoque les molécules d'éthanol et d'éthanal : représenter en formule semi-développée.

Méthodes danalyses Spectroscopiques

Exploitation de lion moléculaire (les masses moléculaire la parité

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l

07‏/05‏/2023 186 Spectroscopie atomique et moléculaire : cours et exercices corrigés ... exercices d'application corrigés et modèles d'examens avec corrigés.

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corrigés et commentés : avec 17 exercices et. 440 QCM corrigés. Millat Gilles 572.8/123. 10. 122. 9782729870775. Bilolgie moleculaire : 400 QCM corrigés et.

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Chimie moleculaire sol-gel et nanomatériaux. Corriu

Compléments de chimie moléculaire et spectroscopies – cours L3

Partie 2 : Spectroscopie vibrationnelle et rotationnelle de comprendre les spectroscopies associées) est détaillée dans des exercices corrigés.

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16 déc. 2010 Exercice 1 (3 pts – 10min). Il est possible de doser simultanément par spectroscopie UV-?Visible le cobalt et le nickel dans une.

TABLE DES MATIÈRES

Etats stationnaires et transition en spectroscopie moléculaire ........................... 17 ... Etudes de cas et exercices corrigés 2.

3eme année LMD Corrigé de lexamen de la spectroscopie

Corrigé de l'examen de la spectroscopie moléculaire Exercice 1 : (75 points). Molécules axes de rotation propres plans de réflexion centres d'inversion.

57/09. CHIMIE (GENERALEORGANIQUE&ANALYTIQUE)

instrumentales modernes cours et exercices corrigés. ROUESSAC Francis Atomes & molécules chimie générale ... spectroscopie rappels de cours. Exercices.

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chapitres avec des exercices corrigés dans chaque chapitre. La masse molaire moléculaire: est la masse d'une mole de molécules.

Généralités études des grandes fonctions et méthodes

Corrigés détaillés et commentés des exercices et problèmes. 2e éd. BIÉMONT É. Spectroscopie moléculaire. Structures moléculaires et analyse spectrale.

chimie organique

QCM et exercices. 11. Corrigés. 15. Chapitre 2. Stéréoisomérie de conformation. 23. ? 1. Conformations des molécules linéaires.

SOMMAIRE

2 - Spectroscopie de vibration : le concept de vibrateur. Compléments 2 - Spectres de rotation et de rovibration. Etudes de cas et exercices corrigés 1 à 7.

LPro Spectro 1011 - u-bourgognefr

Exercice’2’(toutes!les!questions!sontindépendantes)(5pts!–!30min)’ Pour!chacunedes!questions!suivantes!sélectionner!la(les)!réponse(s)appropriée(s)! D En!spectroscopie!UVDvisible!pour!mesurer!l’absorbance!à!500!nm!d’un!composé!dissout!dans!

Corrigés 1 et 2 : Symétrie et groupes ponctuels - EPFL

Corrigés 1 et 2 : Symétrie et groupes ponctuels Exercice 1 1 Pour les molecules suivantes identi?ez a)les axes de rotation propres b)les plans de ré?exion c)les centres d’inversion d)les axes de rotation impropres Tableau de résumé : Molécule Axes de rotation propres Plans de ré-?exion Centre d’inversion Axes de rotation

Analyse spectrale Spectres IR - Labolycée

http://labolycee La spectroscopie infrarouge : un moyen de déterminer les groupes caractéristiques d’une molécule https://youtu be/U0Hu3-J0igE Animation par Ostralo net http://chimie ostralo net/spectreIR/ Les corrigés sont rédigés par les professeurs de l’association Labolycée

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C IDENTIFICATION DU PIC MOLECULAIRE M+l La notation M+l signifie qu'il s'agit de la molécule entière (après perte d'un électron) qu'elle est chargée positivement (+) et qu'elle comporte un électron non apparié (l) on parle alors de l'ion moléculaire Dans la pratique on omet souvent l'électron non apparié et on écrit directement M+

Licence de Chimie

Travaux Dirig

es de SpectroscopieVincent Robert vrobert@unistra.fr

References bibliographiques utiles :

•P. W. Atkins and R. S. Friedman :Molecular Quantum Mechanics. •J. K. Burdett :Chemical Bonding in Solids. •C. Cohen-Tannoudji, B. Diu, F. Laloe :Mecanique Quantique.

Interaction electron-photonDans le cadre de la seconde quantication le champ electromagnetique est quantie ce

qui amene a la notion de photon. Dans ce cas, il est possible d'etudier des interactions onde-matiere comme des collisions photons-electrons. Dans cet exercice, nous proposons d'etudier trois processus elementaires. Dans tout cet exercice nous noteronsla frequence du photon incident,hsera la constante de Planck,cla celerite lumineuse dans le vide.

A. Eet photoelectrique

Il s'agit d'une collision elastique (nous rappelons que lors d'une collision elastique il n'y a pas de dissipation de chaleur, la temperature reste constante) d'un photon sur un electron lie a l'atome. Nous notonsWle travail necessaire pour arracher un electron de l'atome. 1. Et ablirl aco nditionsu rl 'energied up hotonp ermettant al 'electrond '^etrear rached e l'atome. En deduire l'energie cinetique transmise a l'electron. 2. Et ablirl afr equencese uilSde l'eet photoelectrique, c'est-a-dire la frequence du photon a partir de laquelle l'electron est eectivement arrache. En deduire que l'energie cinetique transmise a l'electron peut s'ecrireT=h(S). 1 Nous rappelons qu'un electron dans un potentiel electrostatique possede une energie potentielleEp=eVouVest le potentiel electrostatique. 3. D eterminerl 'expressiond up otentielV0a partir duquel l'energie cinetique devient superieure a l'energie potentielle de l'electron.V0est appelle "contre-tension maxi- male". 4. En d eduirel ar elationen treV0et la frequencedu photon incident. Tracer brievement l'allure de la courbe obtenue ainsi que la courbe de l'energie cinetique en fonction de

B. Eet Compton

Considerons a present une collision inelastique entre un photon et un electron libre. L'electron est initialement au repos, la collision avec un photon donne un nouveau photon associe a une nouvelle frequence0. On appellel'angle entre la trajectoire du photon incident et celle du photon resultant (photoelectron). On note respectivement~p1,~p2et~pe la quantite de mouvement du photon incident, la quantite de mouvement du photon emis et la quantite de mouvement de l'electron. On noteramela masse de l'electron.p=jj~pjj designe la norme du vecteur. 1.

F aireu nsc hemad el asi tuation.

2. Ecr irel es equationsd econ servationd el 'energiee td el aq uantited em ouvementl ors de cette collision. Nous considerons l'electron relativiste. Dans ce cas, rappelons que le carre de son energie obeit a l'equationE2=p2ec2+m2ec4. 3. A l 'aided esd eux equations etablies al aq uestionp recedente,re trouverl 'equation p

1p2(1cos) =mec(p1p2).

Gr ^ace al ar elationd eD eBr ogliep=h

ouest la longueur d'onde du photon, montrer que la dierence entre la longueur d'onde du photonemis et du photon incident s'ecrit: =c(1cos).c=hm ecest la longeur d'onde de Compton. 5. En p artantd el ar elation E=hdeterminer que l'energieEdu photon emis a pour expressionE=E0(11+(1cos)) ouE0est l'energie du photon incident et=E0m ec2. Determiner que l'energie cinetique de l'electron mis en mouvement a pour expression

T=E0(1cos)1+(1cos). Qu'en deduisez-vous ?

C. Creation de paire

A une certaine energie, un photon peut spontanement se desintegrer en une paire electron- positron. 1. En fa isantu nsi mpleb iland 'energieet en se so uvenantq u'unep articuleet so na nti- particule associee ont exactement la m^eme masse, determiner l'energie minimum neces- saire pour qu'un tel processus se realise. On prendramec2= 0:511MeV. Pourquoi ce processus n'est-il normalement pas observe en chimie ? Nous allons mener les calculs dans le referentiel du centre de masse. Dans un tel referentielP i~pi=~0. 2. A p artird el ar elationE2=p2c2+m2c4faire un bilan d'energie dans le centre de masse et montrer que ce processus ne peut avoir lieu dans le vide (necessite d'avoir un noyau dans le voisinage). 3. On p eutsu pposerq uel aq uantited em ouvementd ur eculd un oyauest n ulleca r le noyau est beaucoup plus lourd qu'un electron. A l'aide de la conservation de la quantite de mouvement etablir quep2e+p2e++ 2~pe:~pe+= 0. 4. Da nsl eca sre lativisteo nr appellequ eE2=p2ec2+m2ec4etE= mec2ou =1q 1v2c 2 est le facteur de Lorentz. A l'aide de la relation etablie precedemment montrer que 2(

21)m2ec2(1 +cos) = 0. En deduire de quelle maniere la paire electron-positron

est emise.

Spectroscopie rotationnelleQuelques rappels

1. Ex primezl 'energieci netiqued ero tationd 'unr otateurri gide. 2. Ra ppelezl aq uanticationd ucar red 'unm omentci netique ^Jen mecanique quantique.

Qu'en est-il pour le spin d'un electron ?

3. Do nnezl 'expressiond esn iveauxd 'energieen fo nctiond eJ, nombre quantique de rotation.

Constante rotationnelle - Application

1. Ra ppelezl 'expressiond el aco nstanted ero tationB. Cette expression est elle valide dans le cas de molecules non lineaires ?

Remarque :Nous generaliserons plus tard.

2.Ex primezl 'energied et ransitionen treu nn iveauJetJ+ 1. Quelle est l'implication

experimentale de cette expression ? 3. Le sp ectred 'absorptionr otationneld um onoxyded ecar boneg azeuxp resente4 l ignes a 115, 230, 345 et 460 GHz. Quelle est la longueur de la liaison C-O ? 4. Qu elseet sl afo rcecen trifugei nduit-ellequ alitativements url am olecule? Remarque :Nous examinerons ce probleme en details ulterieurement.

Energie et longueur de liaison

Les constantes de rotation de HF, H

35Cl et H80Br sont respectivement egales a 20,956, 10,593

et 8,465 cm

1. Pour chaque molecule, calculez successivement :

1. Ju stiezl 'indicationsu rl 'isotopei mplique.Co mmenta ppelezv ousd euxm olecules se distinguant par la presence d'un element sous deux isomeres dierents (exemple : H

35Cl et H37Cl) ?

Ev aluezl em omentd 'inertie.

D eduisez-enl al ongueurd el al iaisonHX.

4. A 10 00K, q uellesso ntl esp opulationsre lativesd esn iveauxJ= 4 etJ= 5 ? 5. P ourq uellev aleurd eJl'intensite de raie est-elle maximale a 1000 K ?

Distorsion centrifuge

Nous allons chercher a ameliorer le modele du rotor rigide. 1. Ex pliquezen q uoice m odeleco nstituen ecessairementu neap proximationd 'uner ealite toute autre. 2. Ra ppelezl afo rmeg eneraled ut ermesp ectroscopiquee nf onctiond el aco nstanter o- tationnelleBet de la distorsion centrifugeD. Justiez en particulier la forme de la contribution du terme centrifuge. 3.

Essa yonsd er etrouvercet teex pression:

(a) R appelezl 'expressiond um omentc inetiqued er otation.O nn otera!la pulsation. (b) En con siderantq uel esd euxa tomesson tl iesp aru nr essortd ec onstantek(hy- pothese harmonique), traduisez l'equilibre entre les forces d'inertie et la force elastique. (c) D eduisez-enl an ouvelled istanced 'equilibreen fo nctiond eket!. (d) Ret rouvezal orsl 'expressiond el 'energieet d onnezl 'expressiond eD. 4. Qu ele stl 'eetd el ad istorsioncen trifuges url 'espacementd esn iveauxd 'energie?

Commentaires ?

5.Ap plication au ne etuded esp ectrem anifestantu n ecartau m odeled ur otateurr igide.

(a) T roisr aiescon secutivesd usp ectred ero tationd eH

79Br sont observees a 84;544,

101;350 et 118;112 cm1. Estimez approximativement la constante rotationnelle

B. (b)

A ttribuezc esr aiesa uxt ransitionsJ"!J0.

(c)

Ev aluezB,Det la longueur de la liaison H-Br.

Spectroscopie vibrationnelleQuelques rappels

1. Ra ppelezl esr eglesd es electionp ouru no scillateurh armonique. 2. Qu 'enest -ils il ev ibrateurn 'estp asst rictementh armonique? C omments ep osition- nent les harmoniques successifs ? 3. Ret rouvonsces r esultatsp ouru nvi brateurAB: developpez le moment dipolaire en fonction de la distanceRseparantAetB. Evaluez alors le moment de transition vv0. Conclusions. 4. A l 'aided el aq uestionp recedente,i nterpretezl 'apparition eventuelled 'harmoniques dans le spectre.

Etude du spectre de monoxyde d'azote

14N16O

1. En sp ectroscopier otationnelle,r appelezl esd enitionsd esb ranchesP ( Pauvre) et R (Riche). 2. Qu elless ontl esb rancheso bservablesa prioripour la molecule de monoxyde d'azote ? 3.

Qu elleest l 'origined el ab andeQ?

4. Do nnezl 'expressiond est ransitionssu rl esd ierentesb ranchesd usp ectre. 5. On r elevesu rl esp ectred est ransitions(7 !6) a 1850 cm1, (7!8) a 1900 cm1et (9!8) a 1843 cm1. (a) A ttribuezce st ransitionsau xb rancheso bservees. (b)

D eduisez-enB0etB1.

(c) Ca lculeza lorsl esl ongueursr0etr1. Commentaires. 6. La p remiereh armoniqued um ^emei sotopomereest cen tree a3724 cm 1. (a)

Co mmentezcet tev aleur.

5 (b)Cal culezl afr equenced ev ibrationet l ac onstanted 'anharmonicite. (c)

Ev aluezal orsvmax.

(d) Ev aluezl 'energies pectroscopiqueDeet de dissociation chimiqueD0.

Problemes lies a l'anharmonicite

On peut montrer (voir par exemple P. W. Atkins et R. S. FriedmanMolecular Quantum Mechanics, chapitre 3) que pour un systeme de deux particules en interaction, le probleme peut se ramener a l'equation de Schr odinger a une dimension avec un potentiel eectif V e(r) =V(r) +l(l+ 1)h22r2 ouV(r) est le potentiel d'interaction. 1. Ju stiezl 'appellationpotentiel centrifugepour la contribution dependant del. 2.

A qu elleob servablee stass ociece te rme?

3. P ouru nv ibrateur,e xprimezV(r) autour de la position d'equilibrere. 4. D eveloppeza lorsl et ermec entrifugea utourd ere. Retrouvez l'expression de la con- stante rotationnelleB. 5. La fo rcece ntrifugem odiel ap ositiond 'equilibrere. En utilisant l'expression deVe, calculez cette nouvelle position d'equilibre ~re. 6. Ret rouveza lorsl afo rmed el 'energied 'unr otoren p resenced ed istorsioncen trifuge D. 7. T outc ommel ap ositiond 'equilibre,l afr equenced ev ibrationes ta priorimodiee. Calculez ~!en fonction de!. Exprimez la constante d'anharmonicitee. 8. Com mentse m anifestel ecou plager o-vibrationnel? R etrouvezl 'expressiond el a constante rotationnelleBvdans l'etat vibratoirev.

Modes de vibrations de la moleculeH20

Nous proposons de determiner les modes de vibration de la molecule d'eau en s'appuyant uniquement sur la theorie des groupes. 1.

Rec ensert outesl eso perationsd esy metrie.

Nou st ravaillonsd ansl 'espacer eel,n ousn otons

nune representation de dimen- sionndu groupe Comme l'espace reel est choisit la dimension est 3NouNest le nombre d'atomes constituants la molecule. Expliquez pourquoi nous pouvons ecrire

3N= V ibLTransLRotou vib,Transet Rotsont respectivement la representa-

tion vibrationelle, translationelle et rotationelle. 6

3.A qu elgr ouped esy metrieap partientl am oleculed 'eau?

A p resentn ousa llonsd eterminer

3N, pour cela ecrivons 3N= N

xyzou xyz= xLyLz. Determiner le caractere de 3Nrespectivement pour les symetries considerees. (On ajoute donc une nouvelle ligne

3Na la table de car-

acteres). 5.

D eterminerl esl ignesd eca racteresp our

Transet Rot. En deduire la ligne de carac-

teres pour V ib. 6.

Nou sa llonsm aintenantd ecomposer

V iben une somme directe de representations irre-

ductibles, chaque representation irreductible vibrationelle represente un mode de vibra- tion elementaire. Nous ecrivons l'expression generale

V ib=L

inii. Ouniindique le nombre de representations irreductibles i. On peut demontrer queni=1g P kgkikRk ougest l'ordre du groupe (nombre d'elements),gkest le nombre d'elements de la classek,ikest le caractere de la classe dans la representation irreductible etRkest le caractere de la classe dans la representation reductible. Determiner la decomposition irreductible de V ib. 7. Con cluresu rl en ombred em odesd ev ibrationd el am oleculeH

2O, quels sont leur

symetrie ? Identiez-les (en faisant un dessin par exemple).

Spectroscopie electroniqueQuelques rappels

1. Ra ppelez al 'aided esc hemasl ep rinciped el at heoried uc hampcr istallin. 2. Ra ppelezl as eriesp ectrochimiqued esl igands ac hampd ecroissant. 3.

P armil ese xemplesML

6suivants, quels sont les complexes a haut spin, bas spin ?

[Mn(CN)

6]3, [Mn(H2O)6]3, [Co(NH3)6]4+et [CoF6]3.

Complexes metalliques simples

On considere deux complexes de l'ion Fe(II) : l'un diamagnetique et l'autre paramagnetique. 1. Do nnert outesl escon gurations electroniquesp ossiblesp ourl 'ionF e(II) al 'etatfo n- damental dans un environnement octaedrique. 2.

Le sv aleursd e

0ont ete mesurees experimentalement a 10300 et 33000 cm1. At-

tribuez a chaque complexe son parametre de champ cristallin. 3. On d onnel est ransitions electroniquesd anst roisco mplexeso ctaedriquesA, B et C d'un m^eme metal : 7 TABLE I: Longueurs d'onde d'absorption de trois complexes. complexe A B C

1(nm) 671 374 571

2(nm) 440 307 446(a)P armil esi onsm etalliquessu ivants,Cu

2+, Cr3+et Ti3+, lesquels ne peuvent pas

correspondre aux spectres indiques ? (b) Qu elleb anded 'absorptionu tiliseriez-vousp ourd eterminerl ep arametred ec hamp cristallin ? Quelles sont les valeurs de ce parametre pour chacun des complexes ?

Principe de Franck-Condon

1. En oncezce p rincipe.S urq uelleh ypothesere pose-t-il? Q uelless ontl esi mplications experimentales de ce principe ? 2. D eveloppezl 'operateurm omentd ipolaired 'unem olecule.R eliez-leau m omentd e transition dipolaire. 3. Cal culezl em omentd et ransitiond ipolairee nt enantc omptel esfo nctions electroniques et vibrationnelles. A quoi correspond le facteurS=hvfjvii? Donnez sa signication physique. 4. Cal culezl efa cteurd eF ranck-Condonp ouru netr ansition0 -0(v ibrationnelle)en utilisant les fonctions d'onde suivantes : 0= (1

1=2)1=2:ey2=2et~0= (1

1=2)1=2:e~y2=2

avecy= (RRe)=, ~y= (R~Re)=, et= (h2=mk)1=4 5. Qu andce fa cteure sti lm aximum? Ap plicationn umerique: Re= 228 pm ,~Re= 266 pm pourBr2avec= 250 cm1. 8quotesdbs_dbs9.pdfusesText_15

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