RAMAN EFFET

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Interprétation

L'effet Raman peut s'interpréter par un échange d'énergie entre les molécules diffusantes et les quanta énergétiques, ou photons, qui constituent la lumière excitatrice. Nous choisirons, pour exposer en termes simples cet échange, le cas des spectres Raman de vibrations moléculaires qui correspondent aux applications les plus fréquentes.

Les molécules, de même que les ions polyatomiques ou les cristaux, sont constituées d'atomes liés les uns aux autres par des « liaisons chimiques ». Ces liaisons ne sont pas rigides, mais sont déformables, élastiques, si bien que les atomes effectuent sans cesse des oscillations au voisinage de leur position d'équilibre. Ce sont ces mouvements de vibration, s'effectuant à des fréquences νv caractéristiques pour chaque groupe d'atomes, que l'effet Raman permettra le plus souvent de déceler et de mesurer.

À chacune de ces vibrations correspondent des valeurs particulières de l'énergie de la molécule, que l'on peut représenter par des « niveaux » discrets E0, E1, E2, etc.. L'écart entre deux niveaux énergétiques est lié à la fréquence de vibration νv et au nombre d'ondes ν−v :

h est la constante de Planck et c la vitesse de la lumière.

Spectre Raman : tétrachlorure de carbone

Spectre Raman : tétrachlorure de carbone

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Spectre Raman du tétrachlorure de carbone excité par un laser hélium-néon de longueur d'onde ? = 632,8 nm. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Le nombre de molécules possédant à chaque instant les énergies E0, E1, etc., peut être calculé, lorsqu'on suppose le système en équilibre thermique, à partir de la distribution de Boltzmann. On trouve ainsi que les « populations » NE0 et NE1 sur les divers niveaux sont reliées par l'expression :

k est la constante de Boltzmann et T la température absolue.

Cela signifie que le niveau inférieur est le plus peuplé et que la population décroît exponentiellement, en fonction de l'énergie du niveau considéré. L'énergie transportée par un quantum ou « photon » de lumière excitatrice est égale à hν0, avec h, constante de Planck.

Lors de la diffusion Rayleigh, les photons diffusés conservent la même énergie. Par contre, l'effet Raman donne lieu à la diffusion de photons qui ont soit cédé de l'énergie aux molécules en [...]


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Raman, Alder et Hahn

Raman, Alder et Hahn
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Spectre Raman : tétrachlorure de carbone

Spectre Raman : tétrachlorure de carbone
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Spectre Raman : cellule sanguine isolée

Spectre Raman : cellule sanguine isolée
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Écrit par :

  • : directeur d'institut au C.N.R.S., laboratoire de spectrochimie infrarouge et Raman (L.A.S.I.R.), professeur à l'université des sciences et techniques de Lille

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Pour citer l’article

Michel DELHAYE, « RAMAN EFFET », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 11 janvier 2020. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/effet-raman/