Chapitre 7: Polarisation de la lumière.

1. La polarisation d’une lumière. La lumière est une onde électromagnétique qui se propage. Elle peut être caractérisée en un point par deux vecteurs: V: Vitesse de propagation (célérité) de l’onde A: Amplitude de l’onde (combinaison linéaire des champs électrique E et magnétique B)

A V Sens de la lumière

Ce dernier vecteur a certaines propriétés: Il appartient au plan perpendiculaire à la direction de propagation. On dit qu’il est transversal. Il dépend du temps (il « tourne »)

P V Sens de la lumière

2. Polarisation rectiligne Définition: On dit que la polarisation de la lumière est rectiligne quand le vecteur polarisation reste parallèle à lui-même au court du temps . Outils: On obtient ce type de lumière avec un polariseur: il fixe la direction de A sur un axe de polarisation. Son symbole est :

Un peu de vocabulaire: L’onde continue à se déplacer, l’axe de A fixé: l’axe de polarisation et V forment le plan de polarisation et la lumière est dite polarisée Composition du polariseur: on obtient un polariseur à la traversée de cristaux (où il y a double réfraction), ou à la réflexion sur un plan d’eau ou de verre.

3. L’analyseur. C’est l’appareil qui permet de connaître la direction de polarisation d’une lumière. Il est de même composition que le polariseur: il polarise la lumière dans une direction que l’on règle. Le vecteur A transmis est alors la composante de A incident qui a la même direction que l’analyseur

Expériences avec l’association polariseur/analyseur: Si Ai // direction de l’analyseur:  At=Ai  intensité maximale I=I0 Si Ai ┴ à direction de l’analyseur:  At=0  intensité minimale I=0 Si Pi quelconque: 0 < ||At|| < ||Ai||  intensité intermédiaire I<I0 Loi de malus: I=I0.cos2θ où θ est l’angle entre Ai et At (projetés dans un plan ┴à la propagation)

4. Polarisation rotatoire Expérience: On règle analyseur et polariseur afin d’obtenir une intensité minimum. Entre les deux, on place une cuve d’eau distillée: on a toujours l’intensité minimum.

Quand la solution interposée contient un soluté, l’intensité n’est plus minimum: il faut tourner l’analyseur d’un angle α pour retrouver Imin.  La solution a tourné la direction de polarisation, elle est optiquement active.

Sens de déviation: les solutions peuvent la faire tourner soit: Dans le sens des aiguilles d’une montre: on dit que la solution est dextrogyre. Dans le sens contraire des aiguilles d’une montre: la solution est lévogyre. (convention utilisée: on regarde vers la source) Cela permet de repérer quel énantiomère on étudie.

Pouvoir rotatoire: Loi de Biot L’angle α est appelé pouvoir rotatoire de la solution, il dépend de: L’épaisseur l de la solution De la concentration c de la solution. D’un coefficient nommé pouvoir rotatoire spécifique [α0] qui caractérise la nature du soluté. α=[α0].l.c Unités: l en m, c en mol.m-3, α en degrés (°) α0 est donc en °.m2.mol-1

Appareil de mesure: Le polarimètre permet de mesure l’angle rotatoire d’une substance. Il peut être simple (polariseur+analyseur) ou plus complexe: polariseur à pénombre. Applications: Dosage de solutions, identifier chimiquement un soluté par mesure de α0, suivre l’évolution d’une réaction dans laquelle est espèce chimique sont optiquement actives.

Analyseur à pénombre On règle l’appareil à vide de manière à ne pas avoir de ligne de démarcation des deux demis disque. On introduit a solution à étudier et on obtient: On tourne le polarimètre de α de manière à observer de nouveau un disque uniforme: