L'interaction matière-rayonnement
L'interaction matière rayonnement se produit par absorption ou émission de photons d'énergie :
\(\mathbf{\epsilon=\textrm h.\nu=\textrm h.\frac{\textrm c}{\lambda}=\textrm h.\textrm c.\overline\nu}\)
\(\textrm h\) est la constante de Planck (\(\textrm h = \textrm{6,6253}.10^{-34} \textrm{J.s}\)).
\(\nu\), \(\lambda\) et \(\overline\nu\) sont respectivement la fréquence, la longueur d'onde et le nombre d'onde du rayonnement.
\(\textrm c\) est la vitesse de la lumière.
L'énergie du photon absorbé ou émis est telle que l'énergie échangée correspond à la différence entre deux niveaux d'énergie du système matériel permis.
La conservation de l'énergie totale de l'ensemble "particule + photon" est alors assurée. Il vient donc dans les deux cas :
\(\mathbf{\textrm h.\nu=\mid E_f-E_i\mid=\textrm h.\frac{\textrm c}{\lambda}=\textrm h.\textrm c.\overline\nu}\)
La matière n'absorbe ou n'émet donc la lumière que pour des valeurs particulières de la fréquence, de la longueur d'onde ou du nombre d'onde.
Lors d'une absorption, l'énergie du photon (positive) se rajoute à l'énergie \(\mathrm{E_i}\) de la particule qui se trouve promue sur un niveau d'énergie supérieure \(\mathrm{E_f}\). La représentation symbolique de ce processus est donné ci-contre.
La particule peut se trouver sur un niveau initial excité d'énergie \(\mathrm{E_i}\) et peut alors revenir sur un niveau final d'énergie \(\mathrm{E_f}\) plus basse en émettant un photon dont la fréquence est également déterminée par la différence d'énergie entre les deux niveaux.
La spectroscopie est l'étude de l'absorption ou de l'émission du rayonnement par la matière.
Elle permet de déterminer expérimentalement les fréquences, longueurs d'onde ou nombres d'onde d'absorption et d'émission ainsi que les intensités correspondantes qui sont caractéristiques de chaque système et permettent de remonter à d'autres propriétés (polarisabilité, moment dipolaire, géométrie et nature moléculaire,...). Elle constitue donc un outil fondamental de l'analyse physico-chimique.