CHIMIE

Le nombre d’onde correspondant est donné par la relation
■ Le document 5 rassemble les caractéristiques de différentes
liaisons carbone-carbone et carbone-oxygène.
liaison
, (pm)
s 0 =
DAB
(kJ .mol –1 )
s 0 (cm –1 )
k (N .m –1 )
liaison
, (pm)
D AB
(kJ .mol –1 )
s 0 (cm –1 )
k (N .m –1 )
C–C
154
345
600
à 1500
145
à 900
C–O
142-143
356
1000
à 1300
400
à 700
L’étude des valeurs de s 0 et de k montre que plus
la multiplicité de la liaison est importante, plus la
constante k est grande. Ainsi, la valeur de k (donc
de s 0) renseigne sur la force d’une liaison : plus
k est grand, plus la liaison est forte et plus le
nombre d’onde d’absorption s 0 est élevé.
k est appelée constante de force de la liaison.
2.2.1.2. Modèle quantique
C=C
134
615
1650
970
C=O
122-123
743
1720
1196
CC
121
812
2260
1800
CO
113
1076
2143
1856
Doc. 5 Caractéristiques de différentes liaisons carbonecarbone
et carbone-oxygène.
, : longueur de la liaison ;
D AB : énergie de dissociation de la liaison ;
s 0 : nombre d’onde d’absorption ;
k : constante de force (valeur calculée).
D’après la mécanique quantique, il existe un ensemble discret
de valeurs pour l’énergie vibrationnelle E v, données
par la relation : E v = h . n 0. (n + )
n étant un entier positif ou nul appelé nombre quantique
vibrationnel.
Même dans son niveau fondamental (n = 0), une molécule
diatomique possède une énergie de vibration : il n’existe
pas de molécule au repos.
Les niveaux énergétiques sont équidistants et l’expérience
montre que les transitions permises correspondent à
∆n = + 1, c’est-à-dire à l’absorption d’un rayonnement
électromagnétique de fréquence n0.
Remarques :
• Les transitions entre niveaux vibrationnels s’accompagnent
aussi de transitions entre niveaux rotationnels : on
observe, sur un spectre I.R., non pas des pics, mais des
bandes d’absorption, plus ou moins larges.
• Toutes les liaisons ne donnent pas d’absorption en infrarouge
: une étude plus complète montre qu’il faut une
variation du moment dipolaire de la molécule pour
observer une absorption notable : les liaisons symétriques
n’absorbent que très peu.
2.2.2. Vibration des molécules polyatomiques
Dans le cas des molécules polyatomiques, la situation est
beaucoup plus complexe : les différents oscillateurs constitués
de deux atomes liés par une liaison covalente sont
couplés. Les liaisons subissent non seulement des mouvements
de vibration, d’élongation, mais également divers
mouvements de déformation angulaire qui modifient les
angles des liaisons.
Le document 6
présente les divers
modes vibrationnels
qui peuvent
exister au niveau
d’un atome de carbonetétraédrique.
• Lors des vibrationsd’élongation
ou de valence
(stretching), la
distance entre les
atomes croît et
décroît, ceux-ci
restant dans l’axe
de la liaison.
• Lors des vibrations
de déformation
angulaire
(bending), les
angles des liaisons
varient.
Les modes de
vibration peuvent
être symétriques
ou asymétriques.
élongation (stretching)
symétrique asymétrique
déformation (bending)
Annexe 9
dans le plan hors du plan
asymétrique
(rotation plane)
symétrique
(cisaillement)
asymétrique
(balancement)
symétrique
(torsion)
Doc. 6 Modes de vibration pouvant
exister au niveau d’un atome
de carbone tétraédrique.
© Hachette Livre – H Prépa / Chimie, 1 re année, PCSI –La photocopie non autorisée est un délit
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