Projet multidisciplinaire LA LUMIÈRE
C H E M I E
Lumière blanche et lumière polarisée
A la différence de la lumière ordinaire (ou blanche) dont le vecteur onde oscille de façon aléatoire, la lumière polarisée n'a pas ce défaut : elle présente une répartition privilégiée de l'orientation des vibrations qui la composent. Le processus d'obtention de lumière polarisée s'appelle la polarisation. L'appareil à fabriquer de la lumière polarisée est un polariseur.
Il est des cristaux qui changent de couleur selon la polarisation da la lumière à laquelle ils sont exposés.
Polarimétrie
Les corps organiques dont les atomes de carbone (C) sont asymétriques,
ont la propriété de pouvoir tourner le plan (
)
d’onde de lumière polarisée d'un certain angle. On peut déterminer
la concentration d'une substance optiquement active dans une solution selon
l'angle dont a tourné le plan d'onde de lumière polarisée.
L'appareil qui mesure des concentrations et qui fonctionne grâce à ce principe est un polarimètre. Les sucres sont des substances organiques dont les atomes C sont asymétriques, donc on peut déterminer par cette méthode les concentrations du sucre dans le sang, dans l'urine etc.
Il y a beaucoup de substances qui donnent des solutions très colorées. Ainsi, une solution de permanganate de potassium KMnO4 est de couleur violette, le dichromate de potassium K2Cr2O7 est orange, le sulfate de cuivre CuSO4 est bleu. Il y a beaucoup de substances peu ou pas colorées du tout qui donnent des solutions très colorées, mais dans lesquelles on a mis des réactifs bien choisis. Ainsi les ions Fe3+ donnent une solution acqueuse de couleur jaune fade, mais en présence des ions CNS- elle devient de couleur rouge vive. Plus la concentration d'une substance colorée en solution est grande, moins de lumière peut passer à travers cette solution. Si on est capable de mesurer l'intensité de lumière transmise à travers la solution, alors on est capable de mesurer la concentration de la substance dissoute. Pour cela, on utilise des appareils spectraux qui décomposent le rayonnement électromagnétique à l'aide des prismes optiques ou d'un résau.
Colorimétrie
La colorimétrie est une méthode pour déterminer la concentratiton d'une solution. Elle consiste à la comparer à une solution-étalon de concentration connue. L'appareil à faire des mesures colorimétriques est un colorimètre.
1. Ampoule; 2. Filtre; 3. Cellule optique; 4. Cellule photosensible; 5. L'échelle
Photométrie
La photométrie est une façon de déterminer l'intensité de la lumière transmise à travers une solution. L'appareil à faire des mesures photométriques est un photomètre. Pour faire des mesures photométriques il faut de la lumière monochromatique.
Spectrophotométrie
La Spectrophotométrie est une méthode photoélectrique pour mesurer la quantité de lumière qu'absorbe une substance donnée. L'appareil utilisé pour ces mesures est le spectrophotomètre. On peut distinguer, selon la fréquence de la source, la lumière ultraviolette, visible, et infrarouge. Par conséquent, le spectromètre est destiné à déterminer la quantité de lumière dans le domaine UV, visible, ou IR.
1. Source de lumière; 2. monochromateur (sert à sélectionner la longueur d'onde); 3. miroir de quartz (sert à séparer le rayon lumineux en deux); 4.i 5. les cellules de quartz; 6. Photomultiplicateur (convertit le signal lumineux en courant électrique); 7. Comparateur (compare deux signaux électriques); 8. Oscilloscope.
 |
 |
Réfractométrie
La réfractométrie est une méthode pour déterminer la concentration de certaines substances organiques à l'aide de mesures d'indice de réfraction. Elle est basée sur le fait que l'indice d'une solution est proportionnel à sa concentration. On l'utilise pour déterminer la concentration de matière grasse dans le lait, de l'alcool dans les boissons alcoolisées, pour déterminer la pureté des hydrocarbures, des huiles etc. L'appareil correspondant est un réfractomètre.
 |
1. Oculaire
2. L'échelle 3. Double prisme avec du liquide 4. Mirroir |
Luminiscence
La luminiscence est l'émission de lumière sans augmentation de temperature. Les différentes théories qui étudient ce phénomène sont d'accord sur le fait que les transitions d'électrions d'un état quantique à un autre en sont la cause principale. Lors de la transition, l'atome émet de l'énergie sous forme de lumière. Différentes substances ont différents spectres de lumière luminiscente, et on utilise beucoup ce fait dans le analyses chimiques.
Les substances luminiscentes sont les substances capables de rayonner de la lumière sans être chauffées. Ce sont les corps fluorescents (qui rayonnent pendant un temps court) et phosphorescents (qui rayonnent pendant un temps assez long après l'excitation). On les utilise dans la fabrication des couleurs et affiches brillantes. Avec des choix adéquats de substances fluorescentes on peut obtenir toutes les couleurs de lumière visible.
Les celluloïdes, la coquille d'oeuf, l'ivoire et la parafine sont des substances phosphorescentes. Il y a des corps qui deviennent phosphorescents après l'exposition au rayonnement nucléaire ou ultraviolet, il y en a même qui le deviennent sous la lumière solaire.
La lumière phosphorescente est utilisée dans la construction d'effets spéciaux sur la scène de théâtre, pour faire briller les murs et les rideaux.
En médicine, on peut faire un diagnostic connaissant la quantité de lumière fluorescente qu'émet le corps humain qui est soumis au rayonnement ultraviolet.