Spectroscopies magnétiques ou de spin

Avec ces spectroscopies, nous atteignons les transitions les plus courtes, les sauts d'énergie DE les plus faibles que l'on sache déceler. Jusqu'à ce jour, l'état de nos connaissances (hors la connaissance fine du noyau) n'a pas identifié de niveau plus fin que les niveaux magnétiques décrits par la notion de spin électronique ou nucléaire.

Initialement cette notion est quasiment une création mathématique, servant à résoudre d'ultimes dédoublements de niveaux énergétiques. En moins de 60 ans, elle est devenue un outil structural de haute performance (RMN) et plus récemment un outil de diagnostic médical inégalable (IRM) et insuffisamment exploité.

Les dédoublements des états quantiques de spin traduisent des possibilités diverses d'orientation des électrons ou des noyaux par rapport à un champ magnétique, et sont d'autant plus marqués que ces champs sont intenses. Il est donc classique de classer aussi ces spectroscopies comme étant des spectroscopies magnétiques. La présence d'un aimant à champ important (électroaimant ou cryoaimant) est une particularité des appareillages relevant de ces études.

Il existe deux types d'appareils :

  • ceux qui permettent l'étude du spin électronique (RPE : résonance paramagnétique des électrons)

  • ceux qui permettent l'étude du spin nucléaire (RMN : résonance magnétique nucléaire).

La RMN est certainement la spectroscopie la plus performante dans l'élucidation structurale. S'agissant de la chimie organique, nous consacrerons deux chapitres à la RMN :

  • la RMN du proton (noyau d'hydrogène, “peau“ des composés organiques)

  • la RMN du (isotope observable du carbone, “squelette“ des composés organiques).

La RPE est basée sur un concept voisin de la RMN . Cependant par nature les électrons d'une molécule sont tous appariés (règle de Hundt) ce qui rend impossible l'étude par RPE de la plupart des composés organiques. En effet, seuls les électrons célibataires sont observables. Par contre, la RPE est bien adaptée à l'étude des composés radicalaires. Nous ne développerons pas ici la RPE. Une bonne compréhension de la spectroscopie RMN vous permettra, si nécessaire, d'aborder la RPE avec plus d'efficacité.

Remarque

Les nombres quantiques concernés par cette spectroscopie sont ceux qui sont relatifs aux états magnétiques ou de spin des noyaux ou d'un électron dans les molécules radicalaires.

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