Correction de l`examen de spectrophotométrie IR

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NOTE SUR 20
N° d’anomymat
LICENCE PROFESSIONNELLE INDUSTRIES
CHIMIQUES ET PHARMACEUTIQUES
Option APC
Année universitaire 2011/2012
1ère session
Epreuve de Spectrophotométrie IR
UE 8
Correcteur de l’épreuve : Lionel GODIN
Durée de l’épreuve : 1 h
Documents non autorisés
Calculatrice autorisée
1 – Instructions générales
o Ne pas dégrafer le fascicule
o Ecrire lisiblement
o Ne rien inscrire dans les marges
o Respecter les modalités de réponses proposées
o Toute fraude ou tentative de fraude fera l’objet de poursuites disciplinaires
(décret n° 92-657 du 13 juillet 1992)
2 – Instructions particulières à l’épreuve
o Vérifier que le cahier est complet : il comporte 9 feuilles numérotées de 1 à 9,
celle-ci comprise.
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1ère PARTIE : THÉORIE
1ère question
(1,5 points)
Le modèle de l'oscillateur harmonique permet d'expliquer la présence de certaines
bandes infrarouge dans un spectre, ainsi que d'en calculer leur position. Rappeler
l'expression mathématique permettant de calculer la position des bandes. Dans le cas
de molécule simple comme l'eau, déterminer la constante de force k de la liaison OH
dans cette molécule.
Données : Masses molaires : M(O) = 16,0 g.mol-1; M(H) = 1,0 g.mol-1.
Célérité de l'onde IR dans le vide : c = 3,00.108 m.s-1;
Nombre d'onde de la liaison OH : 𝜈̅𝑂𝐻 = 3700 cm-1;
et le nombre d'Avogadro : NA = 6,02.1023 mol-1.
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2ème question
(1 point)
Le traitement quantique des vibrations est indispensable pour décrire complètement le
mouvement des particules de dimension atomique. La résolution de l'équation de
Schrödinger permet de calculer les niveaux d'énergie vibrationnel EV. Rappeler
l'expression mathématique de EV, en explicitant chaque terme et commenter.
3ème question
(1,5 points)
Dans le cas de molécule polyatomique, il existe deux modes de vibration principaux, citer
ces deux modes. On peut dénombrer ces modes de vibrations, rappeler l'expression
générale de dénombrement des modes de vibrations et calculer le nombre de mode de
vibration dans le cas de la molécule d'eau.
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4ème question
(1,5 points)
La molécule d'eau présente 3 bandes IR dont les nombres d'onde sont respectivement
3657, 3756, et 1595 cm-1. Attribuer le mode de vibration adéquate à chacun de ces
nombres d'onde.
2ème PARTIE : INSTRUMENTATION
5ème question
(2 points)
Compléter les 7 légendes du spectrophotomètre présenté ci-dessous en indiquant le
type de spectrophotomètre (IRTF ou dispersif) :
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6ème question
(1,5 points)
Quel est l'intérêt d'utiliser un interféromètre de Michelson dans un
Spectrophotomètre IRTF ? On rappelle que la relation existante entre la fréquence
2𝑣
optique du rayonnement IR  et celle de l'interférogramme f est 𝑓 = 𝑐𝑀 . 𝜈. Calculer
les fréquences interférométriques extrêmes du MIR connaissant la vitesse de
déplacement vM = 1,5 cm.s-1 du miroir mobile. On rappelle que c = 3,00.108 m.s-1.
7ème question
(1 point)
Quel est l'utilité du laser He-Ne équipant tous les spectrophotomètres IRTF ?
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3ème PARTIE : ÉCHANTILLONNAGE ET ANALYSE SPECTRALE
8ème question
(1 point)
Indiquer les principales techniques permettant de faire le spectre IR d'une solution
liquide dans le MIR.
9ème question
(2 points)
Un film mince de polystyrène est fréquemment utilisé pour valider le calage des
fréquences d'un spectrophotomètre IR. À l'aide du spectre présenté ci-dessous,
déterminer l'épaisseur du film utilisé (en m).
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10ème question
Sur les pages 8 et 9 sont représentés les spectres de 2 molécules :
Le 2-méthylbutan-1-ol et l'acétone.
(7 points)
- a - Attribuer à chacun le nom qui lui revient.
- b - Interpréter pour chaque spectre toutes les bandes indiquées par leur
nombre d'onde : nom et nature de la liaison. (présenter vos réponses sous forme
d'un tableau)
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