Univers 4 Les spectres lumineux

1. Définitions Un spectre lumineux est la figure obtenue par décomposition d’une lumière en radiations monochromatiques au moyen d’un prisme ou d’un réseau. Une radiation monochromatique correspond à une radiation d’une seule couleur. La lumière se comporte comme une onde, elle est caractérisée par une longueur d’onde notée λ dont l’unité est le nanomètre (nm)

2. Les spectres d’émission Ce sont des spectres produits directement par la lumière émise par une source.

2.1. Les spectres d’émission continus d’origine thermique Expérience: La source est de la lumière blanche émise par un corps « chaud » (soleil, lampe à incandescence, gaz à haute pression, solide …)

Le passage d’une bande à une autre étant progressif, ce spectre est dit continu.

- Variation de la lumière émise et du spectre en fonction de la température + le corps est chaud + la lumière est blanche + son spectre contient de radiations vers le bleu-violet

La couleur d’une source lumineuse thermique dépend de sa température, et pas de la nature de la source.  L’étude du spectre de la lumière émise par un corps chaud détermine sa température et non la nature du corps.

2.2. Les spectres d’émission discontinus ou spectres de raies Expérience: La source est de la lumière émise par un gaz à basse pression (néon, lampe spectrale, …)

Tube fluorescent

Lampe à vapeur de mercure Spectre de raies polychromatique

Lampe à vapeur de sodium Spectre de raies Quasi monochromatique

Spectre caractéristique de chaque élément chimique Hg Na Ne

Un gaz excité à basse température (collision entre les particules de gaz due à une décharge électrique) émet de la lumière dont le spectre est discontinu, c’est à dire constitué de différentes raies colorées (radiations monochromatiques) sur fond noir. Le spectre de raies d’émission est caractéristique de l’entité chimique présente dans le gaz. L’analyse d’un spectre d’émission d’un gaz excité permet de déterminer, par comparaison à des tables, la composition du gaz.

3. Les spectres d’absorption Ce sont des spectres obtenus en analysant la lumière blanche qui a traversé une substance (gaz, liquide ou filtre).

3.1. Les spectres de raies d’absorption Dispositif où la lumière traverse un gaz:

Spectre d’absorption du sodium Spectre d’émission du sodium La raie noire du spectre d'absorption du sodium correspondent à la raie jaune de son spectre d'émission.

Pour un même élément, les raies d’émission du spectre d’émission et les raies d’absorption du spectre d’absorption ont les mêmes longueurs d’onde. Une entité chimique ne peut absorber que les radiations qu’elle est capable d’émettre.

3.2. Les spectres de bandes d’absorption La lumière traverse une solution colorée ou un filtre

Spectre d’absorption de la solution de permanganate de potassium La solution de couleur magenta (bleu + rouge) laisse passer le rouge et le bleu mais absorbe les autres couleurs.

Spectre d’absorption de la solution de sulfate de cuivre La solution de couleur cyan (bleu + vert) laisse passer le bleu et le vert mais absorbe les autres couleurs.

Les spectres d’absorption de solutions colorées présentent des bandes sombres sur un fond continu coloré : une bande sombre correspond à la lumière absorbée par la solution. La couleur de la solution résulte de la présence des radiations qui ne sont pas absorbées.

4. La lumière des étoiles Le spectre d’une étoile permet de connaître sa température de surface et nous renseigne sur la composition chimique de son atmosphère. Ex. Remarque: le Soleil est essentiellement composé d’hydrogène (73,5%) et d’hélium (25%) Température moyenne (°C) 3 300 5 700 8 000 10 000 Couleur Rouge -orangé jaune blanche bleuté Exemple d’étoile Bételgeuse Soleil Sirius Rigel