Kleksa

Bac 2027 · spécialité physique-chimie

Spectroscopie infrarouge : lire un spectre

Pour savoir ce qu’une molécule porte, nul besoin de la casser : on la traverse d’infrarouge et l’on note ce qu’elle retient. Il suffit ensuite de repérer les bandes du spectre, de les rapprocher d’une table et d’en déduire le groupe caractéristique présent : une lecture de terminale, détaillée ici pour le bac.

Au bac de physique-chimie : dans 10 des 35 sujets de 2024 à 2026 (questions : 10).

L’essentiel

ce qu’il faut savoir
  • Un rayonnement infrarouge n’arrache aucun électron : ses photons modifient seulement les vibrations des liaisons de la molécule. Chaque liaison absorbe à des énergies bien précises, d’où des bandes d’absorption sur le spectre.
  • On repère une bande par son nombre d’onde, inverse de la longueur d’onde : σ=1/λ{\sigma = 1 / \lambda}, exprimé en cm−1\pu{cm-1}. L’axe d’un spectre infrarouge va en général de 4000 cm−1\pu{4000 cm-1} à environ 400 cm−1\pu{400 cm-1}, en décroissant vers la droite.
  • Une table donne, pour chaque liaison, la plage de nombre d’onde, l’intensité et la largeur de sa bande. Rapprocher les bandes observées de cette table désigne les groupes caractéristiques présents.
  • Sous 1500 cm−1\pu{1500 cm-1}, les bandes sont nombreuses et propres à chaque molécule : c’est la région de l’empreinte, qui sert à comparer deux spectres plus qu’à nommer un groupe.

L’épreuve écrite de spécialité physique-chimie dure 210 minutes et est notée sur 20 : trois exercices indépendants, et à partir de la session 2027 deux points pour la maîtrise de la langue. Elle compte pour 80 % de la note de la spécialité ; l’évaluation des compétences expérimentales, une heure au laboratoire, pour 20 %. Le sujet dit si la calculatrice est autorisée.

Nombre d’onde, transmittance et allure d’un spectre

Le nombre d’onde se déduit de la longueur d’onde : λ=5,88 μm\lambda = \pu{5,88 \mu m} correspond à σ=1700 cm−1\sigma = \pu{1700 cm-1}, et la fenêtre usuelle de 4000\pu{4000} à 660 cm−1\pu{660 cm-1} couvre des longueurs d’onde de 2,5\pu{2,5} à 15 μm\pu{15 \mu m}. Pour passer de l’un à l’autre, retiens σ (cm−1)=104/λ (μm)\sigma\ (\pu{cm-1}) = 10^{4} / \lambda\ (\pu{\mu m}).

La plupart des spectres des sujets sont tracés en transmittance TT, fraction de l’intensité incidente qui ressort de l’échantillon : une bande d’absorption y apparaît comme un creux. Plus le creux descend, plus la bande est intense ; plus il est étalé, plus la bande est large.

Le schéma ci-dessous donne seulement l’allure d’un spectre, pas une mesure : deux bandes bien séparées au-dessus de 1500 cm−1\pu{1500 cm-1}, dont la seconde est la plus profonde, puis une série de petits creux dans la région de l’empreinte. Chaque creux est une liaison qui absorbe à cet endroit.

40003000200015001000500σ (cm⁻¹)TC–HC=Oempreinte

Lire un spectre avec une table

Procède par étapes. Relève d’abord les bandes les plus nettes, avec leur nombre d’onde, leur intensité et leur largeur. Cherche ensuite chacune dans la table fournie. Vérifie enfin que les bandes attendues pour la molécule envisagée sont présentes, et qu’aucune bande caractéristique d’un autre groupe ne l’est.

Les largeurs et les intensités aident à distinguer des groupes voisins : la bande O−H\ce{O-H} de l’alcool est forte et large, celle du O−H\ce{O-H} de l’acide est plus étalée encore et descend vers 2500 cm−1\pu{2500 cm-1}, tandis que la bande C=O\ce{C=O} est forte et fine. Les plages du tableau sont des ordres de grandeur ; dans un sujet, la table fournie fait foi.

LiaisonNombre d’onde (cm⁻¹)Allure de la bande
O–H (alcool)3 200 à 3 650forte, large
O–H (acide carboxylique)2 500 à 3 300forte, très large
N–H (amine)3 300 à 3 500moyenne
C–H (alcane)2 850 à 3 000forte
C≡C, C≡N2 100 à 2 260moyenne
C=O1 650 à 1 780forte, fine
C=C1 640 à 1 680moyenne

Du spectre à l’espèce chimique

Un spectre ne livre pas une formule : il livre des groupes. Pour identifier une espèce, confronte ensuite ces groupes aux informations dont tu disposes sur l’échantillon : sa formule brute ou une liste de molécules candidates. Chaque molécule candidate est écartée dès qu’elle porte un groupe dont la bande manque, ou qu’il manque à l’échantillon une bande que la molécule imposerait.

Dans l’ultraviolet et le visible, ce sont les électrons qui changent de niveau d’énergie et non les vibrations, ce qui explique que le spectre d’une solution colorée se lise en longueurs d’onde, en nanomètres.

Les mots du programme

spectre d’absorption infrarouge
Courbe de la transmittance ou de l’absorbance d’un échantillon en fonction du nombre d’onde, entre 4000\pu{4000} et 400 cm−1\pu{400 cm-1} environ.
groupe caractéristique
Groupe d’atomes qui donne à une molécule des propriétés propres et fixe sa famille fonctionnelle.
nombre d’onde
Grandeur σ=1/λ\sigma = 1/\lambda, en cm−1\pu{cm-1}, qui sert d’abscisse aux spectres infrarouges.
bande d’absorption
Creux d’un spectre en transmittance, dû à l’absorption d’un rayonnement par une liaison.
transmittance
Fraction T=I/I0T = I / I_0 de l’intensité incidente qui ressort de l’échantillon.

Une question du sujet

source : éduscol
Une vraie question d’un sujet du bac, mot pour mot, avec les lignes de l’exercice dont elle a besoin. Cherche-la avant de lire le corrigé.
Question d’un sujetbac

Bac 2026, Centres étrangers, jour 1 — exercice 3, question 2

Exercice 3 — Analyse d’un comprimé — 1. Identification du principe actif

Ministère de l’Éducation nationale – éduscol
[…] La formule topologique de la molécule d’aspirine est donnée ci-dessous : […] Pour vérifier la nature de l’espèce chimique contenue dans un comprimé, différents contrôles sont effectués parmi lesquels une analyse par spectroscopie infrarouge (IR). Données : Table des bandes d’absorption IR :
Liaisonσ\sigma (cm−1\pu{cm-1})Intensité
O – H alcool3200 – 3400Forte et large
O – H acide carboxylique2500 – 3200Forte à moyenne, large
C = O ester1700 – 1740Forte et fine
C = O aldéhyde1720 – 1740Forte et fine
C = O cétone1705 – 1725Forte et fine
C = O acide carboxylique1680 – 1710Forte et fine
Le spectre d’absorption IR de l’échantillon est représenté ci-dessous :

Question 2

Q.2. Justifier que le spectre de l’échantillon analysé peut correspondre à celui de l’aspirine. Note du site : le spectre du sujet (« D’après webbook.nist.gov ») est redessiné ci-dessous d’après les positions de sa courbe ; la figure du sujet n’est pas reprise.35003000250020001500100000,20,40,60,81,04000Nombre d’ondes σ (cm⁻¹)Transmittance

Source : ministère de l’Éducation nationale – éduscol, bac 2026, spécialité physique-chimie, Centres étrangers, jour 1, exercice 3, question 2 (Licence Ouverte / etalab-2.0). Corrigé : Kleksa (non officiel). · Le sujet sur éduscol

Question d’un sujetbac

Bac 2025, Amérique du Nord, jour 2 — exercice 1, question 6

Exercice 1 — L’atropine — 2. Étude de l’extraction de l’atropine.

Ministère de l’Éducation nationale – éduscol
[…] À partir de feuilles de belladone, on débute une succession d’extractions solide/liquide et liquide/liquide. L’extrait final présente différentes substances dont le tropanol, la tropinone et l’atropine. On isole chaque substance et on réalise une spectroscopie infrarouge de l’une d’elle. Le spectre infrarouge de cette substance est représenté sur la figure 1. […] Données : • informations sur les molécules : […] • tables de données spectroscopiques dans l’infrarouge :
LiaisonNombre d’onde (cm−1\pu{cm-1})Intensité
O-H alcool libre3500-3700Forte, fine
O-H alcool lié3200-3400Forte, large
C-H alcane2800-3000Forte, multiple
C=O amide1650-1740Forte
C=O aldéhyde et cétone1650-1730Forte, fine
C=O acide1680-1710Forte

Question 6

Q6. Identifier, parmi les quatre molécules citées dans les données ci-dessus, celle qui est incompatible avec le spectre infrarouge de la figure 1. Note du site : le spectre de la figure 1 est redessiné ci-dessous d’après le sujet, à partir des points relevés sur la courbe imprimée (source : https://www.chemicalbook.com/SpectrumEN_532-24-1_IR2.htm/) ; l’axe des nombres d’onde garde ses deux échelles et ses graduations.4000300020001500100050050100TransmittanceNombre d’onde (cm⁻¹)

Source : ministère de l’Éducation nationale – éduscol, bac 2025, spécialité physique-chimie, Amérique du Nord, jour 2, exercice 1, question 6 (Licence Ouverte / etalab-2.0). Corrigé : Kleksa (non officiel). · Le sujet sur éduscol

Dans les sujets

compté par sujet
Les sujets de 2024 à 2026 qui ont posé une question sur cette notion : dans 10 des 35 sujets, sans compter les sujets de remplacement et de secours.
SujetQuestions
Bac 2026, Centres étrangers, jour 13.2
Bac 2026, Métropole, jour 21.15
Bac 2026, Polynésie, jour 11.5
Bac 2025, Amérique du Nord, jour 21.6
Bac 2025, Asie, jour 13.3
Bac 2025, Centres étrangers, jour 11.2
Bac 2025, Centres étrangers, jour 21.8
Bac 2025, Métropole, jour 23.2
Bac 2025, Polynésie, jour 23.3
Bac 2024, Asie, jour 22.3

Teste-toi

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bac

Question 1. (0–1)

On considère la molécule de formule semi-développée CHX3−CHX2−CHX2−CHX2−CO−CHX3\ce{CH3-CH2-CH2-CH2-CO-CH3}. Choisir la famille fonctionnelle à laquelle appartient cette molécule.

Exercice Kleksa au format du sujet — corrigé Kleksa.

bac

Question 2. (0–1)

On considère la molécule de formule semi-développée CHX3−CHX2−COO−CHX3\ce{CH3-CH2-COO-CH3}. Choisir le nom du groupe caractéristique présent dans cette molécule.

Exercice Kleksa au format du sujet — corrigé Kleksa.

exercice Kleksa

Question 3. (0–1)

Données (ordres de grandeur) : O−H\ce{O-H} de l’alcool, de 3 400 à 3 650 cm−1\pu{cm-1}, forte et large ; C−H\ce{C-H} d’un alcane, de 2 850 à 2 960 cm−1\pu{cm-1}, forte ; C=O\ce{C=O}, de 1 670 à 1 780 cm−1\pu{cm-1}, forte et fine. Le spectre infrarouge d’un liquide présente une bande forte et large vers 3 450 cm−1\pu{cm-1}, une bande forte vers 2 900 cm−1\pu{cm-1} et aucune bande entre 1 600 et 1 800 cm−1\pu{cm-1}. Choisir le liquide compatible avec ce spectre.

Exercice écrit pour cette page — corrigé Kleksa.

exercice Kleksa

Question 4. (0–1)

Complète la phrase : choisis la réponse A, B ou C et sa justification 1, 2 ou 3.
Données (valeurs approchées) : O−H\ce{O-H} de l’acide carboxylique, de 2 500 à 3 100 cm−1\pu{cm-1}, forte et très large ; O−H\ce{O-H} de l’alcool, de 3 400 à 3 650 cm−1\pu{cm-1}, forte et large ; C=O\ce{C=O} de l’acide, vers 1 710 cm−1\pu{cm-1}, forte ; C=O\ce{C=O} de l’ester, vers 1 735 cm−1\pu{cm-1}, forte. Un spectre présente une bande forte et très large de 2 500 à 3 100 cm−1\pu{cm-1} et une bande forte à 1 710 cm−1\pu{cm-1}. Ce spectre est celui d’une molécule qui porte
car

Exercice écrit pour cette page — corrigé Kleksa.

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Les erreurs fréquentes

là où on perd des points
  • Chercher une bande sans regarder sa largeur. Le O−H\ce{O-H} de l’alcool et celui de l’acide n’absorbent pas pareil : le second est plus étalé et descend plus bas.
  • Lire l’axe des nombres d’onde dans le mauvais sens. Il décroît de gauche à droite : les bandes de O−H\ce{O-H} et de C−H\ce{C-H} sont à gauche, celle de C=O\ce{C=O} au milieu.
  • Se contenter d’une bande pour conclure. Une molécule se justifie par l’ensemble des bandes attendues, présentes, et par l’absence de celles qu’elle exclut.
  • Chercher à identifier chaque creux de la région de l’empreinte. Elle sert à comparer deux spectres, pas à nommer les groupes un à un.
  • Confondre transmittance et absorbance. Sur un spectre en transmittance, la bande est un creux ; en absorbance, c’est un pic.

À retenir

  • σ=1/λ{\sigma = 1 / \lambda}, en cm−1\pu{cm-1} ; axe décroissant, de 4000\pu{4000} à 400 cm−1\pu{400 cm-1} environ.
  • Une bande d’absorption a une position, une intensité et une largeur ; la table du sujet fait foi.
  • Position des bandes : O−H\ce{O-H} au-delà de 2500 cm−1\pu{2500 cm-1}, large ; C−H\ce{C-H} sous 3000 cm−1\pu{3000 cm-1} ; C=O\ce{C=O} vers 1700 cm−1\pu{1700 cm-1}, fine et forte.
  • On justifie une molécule par les bandes présentes et par les bandes absentes.
  • Sous 1500 cm−1\pu{1500 cm-1} : région de l’empreinte, utile pour comparer.

Questions fréquentes

  1. 1.Pourquoi le nombre d’onde et pas la longueur d’onde ?+
    Réponse :Le nombre d’onde est proportionnel à l’énergie du photon, et ses valeurs, de quelques centaines à quatre mille cm⁻¹, sont plus commodes à lire que des longueurs d’onde en micromètres. Les tables d’infrarouge l’emploient pour cette raison.
  2. 2.Toutes les molécules absorbent-elles l’infrarouge ?+
    Réponse :Non : une molécule diatomique symétrique comme le dioxygène ou le diazote n’absorbe pas, car sa vibration ne modifie pas son moment dipolaire. Les liaisons polaires, comme C=O\ce{C=O} et O−H\ce{O-H}, absorbent fortement.
  3. 3.Peut-on identifier une molécule avec un seul spectre ?+
    Réponse :Dans la région de l’empreinte, deux spectres identiques indiquent presque sûrement la même espèce. Mais un spectre seul se lit surtout en groupes caractéristiques : pour nommer la molécule, on le combine avec d’autres données.
  4. 4.Infrarouge ou UV-visible : que mesure chacun ?+
    Réponse :L’infrarouge fait vibrer les liaisons et se repère en nombres d’onde ; l’UV-visible fait changer les électrons de niveau et se repère en longueurs d’onde. Le premier renseigne sur les groupes, le second sur la couleur et la concentration.
  5. 5.À quoi sert la région de l’empreinte ?+
    Réponse :Elle est propre à chaque molécule : on compare le spectre d’un échantillon à celui d’une espèce de référence, bande à bande, pour décider qu’ils correspondent.

Voir aussi

Toutes les notions de physique-chimie du bac

Notion suivante du programme : Loi de Kohlrausch

Sources

Ce site n’est pas un service du ministère de l’Éducation nationale et n’y est pas lié. Les questions marquées « bac » viennent des sujets publiés sur éduscol (Licence Ouverte / etalab-2.0) ; leurs corrigés, les explications et les autres exercices de la page sont les nôtres et n’ont rien d’officiel.

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