LES ECHANGES D’ENERGIE ENTRE LUMIERE ET MATIERE Chapitre 5 LES ECHANGES D’ENERGIE ENTRE LUMIERE ET MATIERE

Les sources à incandescence émettent de la lumière lorsqu’ils sont chauds et denses.

Leur spectre d’émission est continue Les sources à incandescence émettent de la lumière lorsqu’ils sont chauds et denses. Leur spectre d’émission est continue

Comment les sources froides (luminescentes) peuvent-elles émettre également de la lumière ?

Comment interpréter leur spectre de raies d’émission ? Comment les sources froides (luminescentes) peuvent-elles émettre également de la lumière ? Comment interpréter leur spectre de raies d’émission ?

Un faisceau lumineux : représentation symbolique de photons échangeant de l’énergie avec la matière.

Un faisceau lumineux : représentation symbolique de photons échangeant de l’énergie avec la matière. Photon = grain de lumière

Max PLANCK (1858-1947) Les échanges d’énergie entre lumière et matière se fait par transmission de paquets d’énergie : les QUANTA

Ils seront appelés plus tard Max PLANCK (1858-1947) Les échanges d’énergie entre lumière et matière se fait par transmission de paquets d’énergie : les QUANTA Albert EINSTEIN (1879-1955) C’est la lumière elle-même qui est structurée en petits paquets d’énergie qu’on appelle des quanta de lumière. Ils seront appelés plus tard les PHOTONS

Ils seront appelés plus tard Max PLANCK (1858-1947) Les échanges d’énergie entre lumière et matière se fait par transmission de paquets d’énergie : les QUANTA Albert EINSTEIN (1879-1955) C’est la lumière elle-même qui est structurée en petits paquets d’énergie qu’on appelle des quanta de lumière. Ils seront appelés plus tard les PHOTONS Niels BOHR (1885-1962) L’atome d’hydrogène est constitué de niveaux d’énergie DISCRETS. Les électrons ont la possibilité de passer d’une couche à une autre, émettant un quantum d’énergie : le photon

Représentation simplifiée de l’atome Noyau atomique = PROTONS + NEUTRONS Nuage électronique = ÉLECTRONS

MODÈLE DE BOHR DE L’ATOME : Chaque atome possède des couches

MODÈLE DE BOHR DE L’ATOME : Chaque atome possède des couches À chaque couche électronique (K, L, M…) de l’atome correspond un niveau d’énergie n

MODÈLE DE BOHR DE L’ATOME : Chaque atome possède des couches À chaque couche électronique (K, L, M…) de l’atome correspond un niveau d’énergie n Couche K  niveau d’énergie n = 1 Couche L  niveau d’énergie n = 2 etc.

PROCESSUS D’EXCITATION et de DÉSEXCITATION DE L’ATOME

Atome au repos : un de ses électrons est sur une la couche n = 2 EXEMPLE : Atome au repos : un de ses électrons est sur une la couche n = 2

Photon incident d’énergie E = h

Transition d’un électron sur une couche plus éloignée Photon incident d’énergie E = h EXCITATION de l’atome Le photon est ABSORBÉ Transition d’un électron sur une couche plus éloignée

Transition d’un électron sur une couche plus éloignée Photon incident d’énergie E = h Photon émis EXCITATION de l’atome Le photon est ABSORBÉ Transition d’un électron sur une couche plus éloignée

DESEXCITATION de l’atome Photon incident d’énergie E = h Photon émis EXCITATION de l’atome Le photon est ABSORBÉ Transition d’un électron sur une couche plus éloignée DESEXCITATION de l’atome Le photon est émis L’électron retrouve une couche plus interne (il « redescend »)

Plusieurs transitions électroniques possibles Photon d’énergie Transition 1 à 2

Plusieurs transitions électroniques possibles Photon d’énergie Photon d’énergie Transition 1 à 2 Transition 1 à 3

Plusieurs transitions électroniques possibles Photon d’énergie Photon d’énergie Photon d’énergie Transition 1 à 2 Transition 1 à 3 Transition 1 à 4

Plusieurs transitions électroniques possibles Photon d’énergie Photon d’énergie Photon d’énergie Transition 1 à 2 Transition 1 à 3 Transition 1 à 4 C’est la longueur d’onde  du photon absorbé qui détermine le niveau d’énergie sur lequel l’électron se place.

Comment relie-t-on les changements d’états de l’atome et les raies spectrales ?

Lien entre changement d’état de l’atome et raies spectrales Un atome qui se désexcite émet de la lumière (des photons sont émis). On observe une raie d’émission sur le spectre. A chaque transition électronique possible correspond une raie d’émission

Lien entre changement d’état de l’atome et raies spectrales Un atome qui se désexcite émet de la lumière (des photons sont émis). On observe une raie d’émission sur le spectre. A chaque transition électronique possible correspond une raie d’émission Exemple : l’atome d’hydrogène H

Lien entre changement d’état de l’atome et raies spectrales Un atome qui se désexcite émet de la lumière (des photons sont émis). On observe une raie d’émission sur le spectre. A chaque transition électronique possible correspond une raie d’émission Exemple : l’atome d’hydrogène H A chaque transition d’un électron vers n = 2 correspond une raie d’émission de l’atome H

Chaque élément possède donc son spectre de raies Chaque élément possède donc son spectre de raies. Son code barre unique permet de le reconnaitre.

Chaque élément possède donc son spectre de raies Chaque élément possède donc son spectre de raies. Son code barre unique permet de le reconnaitre.

Pourquoi les spectres d’émission et d’absorption correspondent aux mêmes raies ?

Un élément chimique (à l’état de gaz) émet de la lumière lors de sa désexcitation  spectre d’émission

 spectre d’absorption Ce même gaz placé devant le trajet de la lumière blanche absorbe certaines radiations lors de son excitation  spectre d’absorption

Il y a correspondance des raies car il s’agit du même élément chimique Gaz contenant le même élément chimique

L’analyse des raies d’absorption du spectre d’une étoile permet d’identifier et de dénombrer les atomes et ions présents dans son atmosphère Exemple du spectre du soleil

Comparaison spectre SOLAIRE - spectre HYDROGENE H Intervalle 400 nm – 650 nm

Comparaison spectre SOLAIRE - spectre Sodium Na Intervalle 555 nm – 615 nm

Comparaison spectre SOLAIRE - spectre Calcium Ca Intervalle 605 nm – 655 nm

Les aventures de Tintin – HERGÉ L’étoile mystérieuse D’après le professeur Calys, une étoile se dirige vers la terre, la fin du monde est proche !! Les mesures spectroscopiques qu’il fait montrent qu’un métal inconnu compose cette étoile : il nomme ce métal « Calystène » !

Un objet inconnu éclairé sous un certain angle laisse une ombre sur un écran

Ce même objet inconnu éclairé sous un autre angle laisse une autre ombre

Selon l’éclairage, cet objet est soit vu comme un cercle, soit vu comme un rectangle

En réalité, cet objet est un cylindre : il possède en même temps les propriétés de ces 2 figures

De même, la nature de la lumière possède en même temps les propriétés d’une onde et d’un particule

De même, la nature de la lumière possède en même temps les propriétés d’une onde et d’un particule Dans certaines situation, on décrira la lumière comme une particule…

De même, la nature de la lumière possède en même temps les propriétés d’une onde et d’un particule Dans certaines situation, on décrira la lumière comme une particule… Onde …et dans d’autres situation, on la décrira comme une onde.