Spectroscopies optiques d'absorption électronique : cours avec exercices et problèmes corrigés

Auteur(s) :

Lalanne, Jean-René (1936-....) Découvrir l'auteur

Résumé

Très largement ouvert à l'apport de la recherche, ce manuel présente une approche moderne des spectroscopies optiques d'absorption électronique, incluant les spectroscopies d'activité optique et faisant une large place aux spectroscopies laser et à celles, très récentes, relatives à la molécule unique.

Autre(s) auteur(s)
- Carmona, François (1946-....)
- Servant, Laurent
Éditeur(s)
- Masson
Date
- 1998
Langues
- Français
Description matérielle
- XVIII-294 p. ; 25 cm
Collections
- Enseignement de la chimie
Sujet(s)
- Spectroscopie électronique
ISBN
- 2-225-83319-2
Indice
- 543.4 Analyse spectroscopique, spectroscopie de masse, spectroscopie des rayons X
Quatrième de couverture
- Cet ouvrage traite de l'enseignement des spectroscopies optiques d'absorption électronique. Il propose au lecteur les résultats d'un approfondissement pédagogique dans ce domaine, acquis lors d'une longue expérience d'enseignement en maîtrise et en préparation aux concours d'agrégation. Très largement ouvert à l'apport de la recherche, cet ouvrage se veut auto-cohérent (le lecteur y trouvera développés les éléments de mécanique quantique, de théorie des groupes et de structure électronique des molécules nécessaires à la compréhension du sujet). Il présente une approche moderne du sujet, incluant les spectroscopies d'activité optique (polarisation rotatoire et dichroïsme circulaire) et faisant une large place aux spectroscopies laser et à celles, très récentes, relatives à la molécule unique.
- Ce cours est complété par de nombreux exercices et problèmes corrigés empruntés pour l'essentiel aux sujets récents des agrégations de chimie et de physique.
- Etudiants en deuxièmes cycles de chimie physique et de sciences physiques.
- Candidats des concours de recrutement de l'enseignement secondaire.
- Enseignants de physique et de chimie physique.

Tables des matières

- Spectroscopies optiques d'absorption électronique
- Cours avec exercices et problèmes corrigés
- Jean-René Lalanne/François Carmona/Laurent Servant
- Masson
- Avant-proposXIII
- SymbolesXVII
- Première Partie Supports théoriques
- Chapitre I. - Introduction3
- Chapitre II. - Description de la lumière en théorie classique du rayonnement5
- II.1. Introduction : les différentes représentations de la lumière5
- II.2. Théorie classique du rayonnement7
- II.2.1. Electromagnétisme et équations de Maxwell7
- II.2.1.1. Equations de Maxwell7
- II.2.1.2. Equation d'onde10
- II.2.2. Trois solutions aux équations de Maxwell11
- II.2.2.1. Onde sphérique11
- II.2.2.2. Onde plane12
- II.2.2.3. Onde gaussienne15
- II.3. Exercices et problèmes19
- II.3.1. Propagation des ondes électromagnétiques dans le vide19
- II.3.2. Recherche d'une solution particulière gaussienne à l'équation d'onde20
- II.3.3. Traitement des ondes gaussiennes par les lentilles21
- II.4. Appendices22
- II.4.1. Tableau synoptique des différentes radiations électromagnétiques22
- II.4.2. Divers formalismes des équations de Maxwell23
- II.4.3. Trois solutions particulières à l'équation d'onde24
- II.5. Bibliographie de sensibilisation24
- Chapitre III - Description de la matière et de ses propriétés27
- III.1. Mécanique quantique non relativiste27
- III.1.1. Idées fondamentales et bref historique27
- III.1.1.1. Description probabiliste29
- III.1.1.2. Problème de la mesure et opérateurs32
- III.1.2. Postulats de la mécanique quantique non relativiste36
- III.1.2.1. Postulats de description du système36
- III.1.2.2. Postulats de mesure des grandeurs physiques36
- III.1.2.3. Postulats d'évolution38
- III.1.2.4. Postulat de correspondance39
- III.1.2.5. Postulat de création du spin44
- III.1.2.6. Postulat d'antisymétrisation45
- III.2. Symétrie et théorie des groupes46
- III.2.1. Eléments et opérations de symétrie46
- III.2.2. Représentation d'une opération par un opérateur47
- III.2.3. Structure de groupe et classification47
- III.2.4. Représentation des groupes51
- III.2.4.1. Notion de représentation51
- III.2.4.2. Propriétés des représentations54
- III.2.4.3. Produit direct de deux représentations57
- III.3. Application de la mécanique quantique et de la théorie des groupes à la description des états électroniques stationnaires des atomes et des molécules59
- III.3.1. Description de la structure électronique de l'atome d'hydrogène et des atomes hydrogénoïdes59
- III.3.1.1. Résolution de l'équation aux valeurs propres de l'opérateur Hamiltonien60
- III.3.1.2. Energie et modèle en couches61
- III.3.1.3. Vecteur d'état et multiplicité des orbitales atomiques61
- III.3.1.4. Diverses représentations des densités de probabilité de présence62
- III.3.1.5. Couplage spin-orbite64
- III.3.2. Description de la structure électronique des atomes pluriélectroniques66
- III.3.2.1. Approximation de champ central : méthode de Hartree et champ autocohérent66
- III.3.2.2. Interactions électrostatique et magnétique : couplages de Russel-Saunders et de spin-orbite68
- III.3.2.3. Description des configurations70
- III.3.3. Description de la structure électronique des molécules73
- III.3.3.1. Présentation générale73
- III.3.3.2. Méthodologie de résolution de l'équation aux valeurs propres électronique76
- III.3.4. Structures vibrationnelle et rotationnelle des niveaux électroniques atomiques et moléculaires88
- III.3.4.1. Structure vibrationnelle88
- III.3.4.2. Structure rotationnelle90
- III.3.4.3. Interaction vibration-rotation91
- III.3.5. Conclusion et conséquences sur les niveaux électroniques92
- III.4. Exercices et problèmes93
- III.4.1. Questions de symétrie : Vrai ou Faux ?93
- III.4.2. Généralités concernant la théorie LCAO93
- III.4.3. Etude orbitalaire du butadiène 1-394
- III.4.4. Energie des états singulet et triplet d'un système à deux électrons96
- III.5. Appendices98
- III.5.1. Principales propriétés des transformations linéaires et des matrices98
- III.5.2. Représentation d'un opérateur par une matrice99
- III.5.3. Tableau synoptique des postulats de la mécanique quantique100
- III.5.4. Tables de caractères des groupes de symétrie utilisés dans l'ouvrage100
- III.6. Bibliographie de sensibilisation103
- Deuxième Partie Spectroscopies optiques d'absorption électronique
- Chapitre IV - Spectroscopie d'absorption UV-visible107
- IV.1. Généralités107
- IV.2. Techniques expérimentales108
- IV.2.1. Le spectromètre UV-visible108
- IV.2.1.1. Les sources108
- IV.2.1.2. Les éléments dispersifs108
- IV.2.1.3. Les détecteurs108
- IV.2.1.4. L'automatisation109
- IV.2.1.5. Les spécifications110
- IV.2.2. L'échantillon et son conditionnement110
- IV.3. Absorption de l'onde optique par les molécules110
- IV.3.1. Présentation classique succincte110
- IV.3.1.1. Description microscopique110
- IV.3.1.2. Description phénoménologique115
- IV.3.2. Description semi-classique117
- IV.3.2.1. Généralités ; les approximations utilisées117
- IV.3.2.2. Calcul du coefficient d'absorption en théorie semi-classique120
- IV.3.2.3. Le phénomène d'absorption et son contenu physique126
- IV.4. Exercices et problèmes140
- IV.4.1. Etude de différents dispositifs expérimentaux dispersifs140
- IV.4.2. Spectrométrie par transformée de Fourier148
- IV.4.3. Théorie classique microscopique de l'absorption 1149
- IV.4.4. Théorie classique microscopique de l'absorption 2155
- IV.4.5. Théorie classique microscopique de l'absorption 3158
- IV.4.6. Largeur de raie160
- IV.4.7. Approximation dipolaire électrique162
- IV.4.8. Lois fondamentales de l'absorption163
- IV.4.9. Spectres électroniques des métaux de transition164
- IV.4.10. Transitions optiques dans les complexes tétraédriques176
- IV.4.11. Transitions optiques dans les complexes octaédriques177
- IV.4.12. Symétrie des spin orbitales et des états électroniques excités178
- IV.4.13. Spectroscopie UV du monoxyde de carbone179
- IV.4.14. Spectroscopie UV du méthanal179
- IV.4.15. Spectroscopie UV du cyclobutadiène184
- IV.4.16. Spectroscopie UV de polyènes linéaires alternés186
- IV.4.17. Spectroscopie visible des indicateurs colorés189
- IV.4.18. Spectroscopie UV de composés aromatiques191
- IV.4.19. Détermination du pKa d'un composé dans un état électronique excité192
- IV.4.20. Absorption du rayonnement par la matière193
- IV.5. Appendice : de l'opérateur densité à l'opérateur population194
- IV.6. Bibliographie de sensibilisation196
- Chapitre V - Spectroscopies d'activité optique197
- V.1. Généralités197
- V.2. Descriptions phénoménologiques et interprétations classique et semi-classique199
- V.2.1. Activité optique naturelle199
- V.2.1.1. Théorie cinématique de Fresnel199
- V.2.1.2. Origine physique de l'effet et théorie tensorielle de Born200
- V.2.1.3. Théories microscopiques classique et semi-classique203
- V.2.1.4. Dispersion de l'activité optique206
- V.2.2. Dichroïsme circulaire207
- V.2.2.1. Extension de la théorie de Fresnel207
- V.2.2.2. Extension de la théorie de Born208
- V.3. Symétrie et structure du tenseur d'activité optique208
- V.4. Techniques expérimentales et quelques exemples de résultats210
- V.4.1. Mesures du pouvoir rotatoire210
- V.4.2. Mesures du dichroïsme circulaire212
- V.5. Exercices et problèmes213
- V.5.1. Polarisation rotatoire213
- V.5.2. Dichroïsme circulaire217
- V.5.3. Cinétique d'inversion du saccharose étudiée par polarimétrie219
- V.6. Appendices221
- V.6.1. Vrai ou pseudo-tenseur221
- V.6.2. Tenseur de Levi-Civita222
- V.6.3. Tenseur d'activité optique (tenseur antisymétrique par rapport aux deux premiers indices)223
- V.7. Bibliographie de sensibilisation225
- Chapitre VI - Spectroscopie d'absorption photoélectronique227
- VI.1. Principes227
- VI.2. Techniques expérimentales229
- VI.2.1. Sources de radiation229
- VI.2.2. Mesure des vitesses des photoélectrons230
- VI.2.3. Détection des photoélectrons230
- VI.3. Résultats et apport de la spectroscopie photoélectronique231
- VI.3.1. Spectres et leur interprétation231
- VI.3.2. Apports de la spectroscopie photoélectronique234
- VI.4. Exercices et problèmes235
- VI.4.1. Transitions vibroniques en spectroscopie photoélectronique235
- VI.4.2. Recherche du maximum d'intensité dans un massif vibronique235
- VI.4.3. Spectroscopie photoélectronique de la molécule de diazote238
- VI.4.4. Spectroscopie photoélectronique de la molécule de monoxyde de carbone240
- VI.4.5. Spectroscopie photoélectronique de la molécule d'eau241
- VI.4.6. Spectroscopie photoélectronique de la molécule de benzène241
- VI.5. Bibliographie de sensibilisation242
- Chapitre VII - Spectroscopies d'absorption laser243
- VII.1. Généralités concernant les sources laser243
- VII.1.1. Qu'est-ce qu'un laser ?243
- VII.1.2. Propriétés essentielles des oscillateurs laser243
- VII.1.3. Que peut apporter le laser en spectroscopie d'absorption ?248
- VII.2. Principales sources laser utilisées en spectroscopies d'absorption et leurs caractéristiques251
- VII.2.1. Choix de la plage de fréquence et accord252
- VII.2.2. Sélection de mode et finesse de la bande sélectionnée253
- VII.2.3. Balayage en fréquence du mode sélectionné254
- VII.2.4. Asservissement en fréquence du mode sélectionné254
- VII.2.5. Intensité de la source256
- VII.2.6. Stabilisation en intensité257
- VII.3. Spectroscopies sans effet Doppler257
- VII.3.1. Premier exemple : spectroscopie d'absorption saturée259
- VII.3.1.1. Principe de la méthode259
- VII.3.1.2. Analyse théorique261
- VII.3.1.3. Mise en oeuvre expérimentale263
- VII.3.1.4. Exemple de résultat264
- VII.3.1.5. Limitations265
- VII.3.2. Deuxième exemple : spectroscopie d'absorption à deux photons267
- VII.3.2.1. Principe de la méthode267
- VII.3.2.2. Analyse théorique268
- VII.3.2.3. Mise en œuvre expérimentale271
- VII.3.2.4. Exemple de résultat271
- VII.3.2.5. Limitations273
- VII.4. Spectroscopies moléculaires dites «sélectives»273
- VII.4.1. Remarques générales273
- VII.4.2. Spectroscopie d'absorption dite à «hole burning»274
- VII.4.2.1. Principe de la méthode274
- VII.4.2.2. Mise en œuvre expérimentale275
- VII.4.2.3. Quelques domaines d'applications276
- VII.4.3. Spectroscopie de la molécule «unique» en milieu dense278
- VII.4.3.1. Généralités278
- VII.4.3.2. Techniques expérimentales279
- VII.4.3.3. Résultats et perspectives280
- VII.5. Exercices et problèmes280
- VII.5.1. Cavité électromagnétique et laser280
- VII.5.2. Interféromètre de Pérot-Fabry et laser281
- VII.5.3. Absorption à deux photons284
- VII.5.4. Spectroscopie atomique à un photon286
- VII.5.5. Spectroscopie atomique à deux photons287
- VII.6. Bibliographie de sensibilisation289
- Index