Fiche de révision : Absorbance et spectre d’absorption

L’absorbance

• La puissance lumineuse totale reçue sur une surface est proportionnelle à la surface collectrice.
• L’éclairement énergétique reçu sur une surface est le rapport de la puissance lumineuse reçue divisée par l’aire collectrice.
• Il est mesuré en watt par mètre carré ($\text{W}\cdot{\text{m}}^{-2}$).
• La transmittance $T$ d’un milieu, grandeur sans dimension, est le rapport de l’éclairement transmis à travers ce milieu $I$ sur l’éclairement incident $I_0$ :

$$T=\dfrac{I}{I_{0}}$$

• Ce facteur est défini à une longueur d’onde donnée.
• L’absorbance $A$ d’un milieu, grandeur sans dimension, est le logarithme décimal de l’inverse de la transmittance $T$ :

$$A=\log\Big(\dfrac{1}{T}\Big)=\log\Big (\dfrac{I_0}{I}\Big)=-\log(T)$$

Le spectre d’absorption

• Le spectre d’absorption d’un milieu regroupe les valeurs de l’absorbance $A(\lambda)$ de ce milieu pour des valeurs de la longueur d’onde lambda décrivant l’ensemble du spectre visible et une partie du domaine ultraviolet (entre $200$ et $800\ \text{nm}$).
• Un milieu dont le spectre d’absorption présente un maximum apparaît de la couleur complémentaire de celle correspondant au maximum d’absorption.
• Un spectrophotomètre est un appareil permettant de mesurer l’absorbance d’un milieu à une longueur d’onde donnée.
• Il contient : une source de lumière blanche ; un réseau de diffraction pour décomposer la lumière ; un emplacement pour l’échantillon à tester, généralement une cuve contenant une solution de l’espèce chimique à tester ; un capteur de lumière.
• La mesure de l’absorbance comporte plusieurs étapes :
• Il faut d’abord procéder à l’étalonnage. Si on mesure l’absorbance d’une espèce en solution, il s’agit de mesurer l’absorbance du solvant.
• Ensuite, on mesure l’absorbance de la solution testée.
• Enfin, l’absorbance de l’espèce en solution est la différence de deux absorbances mesurées : $A(\text{solution}) - A(\text{solvant}) = A(\text{soluté})$

Composition d’une solution colorée

• La loi de Beer-Lambert énonce que l’absorbance $A$ d’une espèce chimique en solution est proportionnelle à la concentration molaire $C$ de celle-ci et à l’épaisseur $b$ de solution traversée.
• Le facteur de proportionnalité $\varepsilon$ (en $\text{L}\cdot \text{mol}^{-1}\cdot \text{cm}^{-1}$), mesuré à la longueur d’onde du maximum d’absorption, est appelé coefficient d’extinction molaire : $A_\text{max} = \varepsilon \times b \times C$.
• Un composé de grand coefficient d’extinction molaire (supérieur à $1\,000\ \text{L}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot \text{cm}$) est dit fortement absorbant.
• Une application de la loi de Beer-Lambert est la méthode de dosage par étalonnage.
• Il s’agit de déterminer la concentration molaire d’un soluté coloré d’après la valeur de son absorbance maximale.