Déterminer la couleur d'une solution à partir du spectre UV-visible - Maxicours

Déterminer la couleur d'une solution à partir du spectre UV-visible

Objectifs
  • Connaitre le principe d’absorbance.
  • Exploiter un spectre d’absorption.
  • Expliquer ou prévoir la couleur d’une espèce en solution à partir de son spectre UV-visible.
Points clés
  • L’absorbance A d’une solution est une grandeur sans unité, elle représente la quantité de lumière absorbée selon la longueur d’onde  de la lumière traversée.
  • Un spectre UV-visible représente l’absorbance A en fonction de la longueur d’onde . Ce spectre présente un pic pour une longueur d’onde donnée, qui correspond à la couleur complémentaire de la couleur de la solution.
Pour bien comprendre
  • Dispersion de la lumière blanche par un prisme
  • Spectre de la lumière blanche
  • Cercle des couleurs et couleurs complémentaires
1. Rappel sur les spectres
a. Spectre de la lumière blanche

La lumière est perçue par l’œil comme une couleur. Elle est cependant décomposée si on l’envoie sur un prisme.

Le visuel ci-dessous montre la décomposition à travers un prisme d’une lumière blanche émise par une lampe.


Décomposition d’une lumière blanche par un prisme


Spectre de la lumière blanche

La lumière blanche se décompose donc en une infinité de couleurs qui vont du violet au rouge. On dit que la lumière blanche est polychromatique.

b. Spectre d'absorption d'une solution
Un spectre d'absorption est un spectre qui est obtenu en analysant une lumière blanche qui a traversé une substance.

Spectre d’absorption d’une solution

Lorsque la lumière blanche traverse une solution aqueuse, certaines radiations présentes initialement sont absorbées. Le spectre obtenu présente des bandes noires appelées bandes d'absorption.

Exemple
On compare le spectre d’absorption d’une solution aqueuse de permanganate de potassium au spectre de la lumière blanche.

Spectre d’absorption de la solution de permanganate de potassium

On observe que la solution de permanganate de potassium absorbe la couleur verte.

Les radiations absorbées dépendent des ions responsables de la couleur de la solution.

2. Spectre UV-visible
a. Absorbance

Une solution colorée absorbe une partie de la lumière qui la traverse.

L’absorbance d’une solution, notée A, est une grandeur qui mesure la quantité de lumière absorbée en fonction de la lumière qui la traverse.

L’absorbance A n’a pas d’unité, elle se mesure à l’aide d’un spectrophotomètre.


Spectrophotomètre
b. Spectre UV-visible
Un spectre UV-visible est la représentation graphique de l’absorbance A d’une solution en fonction de la longueur d’onde  de la lumière qui la traverse.

Pour les spectres UV-visibles, on utilise habituellement les longueurs d’onde  suivantes.

  • Dans l’UV : de 100 à 400 nm.
  • Dans le visible : de 400 à 800 nm.

Pour chaque longueur d’onde , on mesure la valeur de l’absorbance A de la solution.


Courbe d’absorbance d’une solution de permanganate de potassium

On remarque sur le visuel ci-dessus que l’absorbance A d’une solution dépend de la longueur d’onde  de la lumière qui la traverse.
Cette courbe présente un pic d’absorption qui correspond à une valeur Amax pour la longueur d’onde .
La solution absorbe donc cette couleur  et laisse passer toutes les autres.
La couleur de cette solution est alors le complémentaire de la couleur absorbée.

Exemple
Sur la courbe d’absorbance d’une solution de permanganate de potassium ci-dessous, on observe que le maximum d’absorption de la solution de permanganate de potassium se situe autour de  = 520 nm.

Dans le cercle des couleurs ci-dessous, la couleur absorbée est située à l’opposé de la couleur complémentaire.

Cercle des couleurs

D’après ce cercle des couleurs, la longueur d’onde  = 520 nm correspond au vert. Cette solution est donc magenta (couleur complémentaire du vert).

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