Coloration de flammes Flammes colorées, de gauche à droite : violet pâle (potassium), rose fuchsia (lithium), rouge (strontium), orangé (calcium), jaune (sodium) Coloration caractéristique de l‘élément métallique renfermé dans le sel

Applications M 42 dans la constellation d'Orion. Noter la couleur rose due à la présence d'hydrogène. Feux d‘artifice

Substances chimiques utilisées

Tubes à décharge (Entladungslampen) Les tubes à décharge contiennent différents gaz sous pression réduite. Quand ils sont raccordés à une source haute tension, chaque gaz émet une lumière de couleur caractéristique.

Spectres d‘émission et d‘absorption http://www.ostralo.net/3_animations/swf/spectres_abs_em.swf http://jersey.uoregon.edu/elements/Elements.html L‘analyse au spectroscope de la lumière émise par ces gaz, fournit un spectre d‘émission. Spectre de raies colorées sur fond noir. Donc: Les éléments à l‘état gazeux émettent un spectre de raies: spectre constitué d‘un nombre limité de raies caractéristiques de la nature de l‘élément. L‘analyse au spectroscope de la lumière blanche qui traverse un tube à décharge contenant un gaz sous haute tension, fournit un spectre d‘absorption: spectre de raies noires sur le fond des couleurs de l‘arc en ciel. Les raies se situent aux mêmes longueurs d‘onde que dans les spectres d‘émission.

Le spectre de la lumière blanche Un collimateur est un dispositif optique permettant d'obtenir un faisceau de rayons de lumière parallèles à partir d'une source de lumière. Ce mot vient du latin collimatio ("ajuster ou viser en ligne droite") qui désigne l'action d'orienter un instrument de visée.

Les spectres d‘émission

Les spectres d‘absorption

Le modèle de Bohr Niels Bohr, physicien danois, prix Nobel en 1922

Rappel: Le modèle de Bohr neutrons électriquement neutres protons chargés positivement noyau atomique enveloppe de l‘atome

Le modèle de Bohr Couche K neutrons électrons couche L protons noyau enveloppe de l‘atome protons chargés positivement neutrons électriquement neutres électrons chargés négativement couche L couche M

Nombre d‘électrons max Le modèle de Bohr Nombre maximal d‘électrons de la couche n = 2 * n 2 Couche Numéro couche n 2n2 Nombre d‘électrons max K 1 = 2 * 1 2 2 L = 2 * 2 2 8 M 3 = 2 * 3 2 18 N 4 = 2 * 4 2 32 O 5 = 2 * 5 2 50 P 6 = 2 * 6 2 72 Q 7 = 2 * 7 2 98

Exemple: Modèle de Bohr de Al 27 nucléons - Dont 13 protons, donc aussi 13 électrons pour garantir l‘électroneutralité. 14 neutrons Couche K max. 2 e- 13 14 Couche L max. 8 e- Couche M: Il reste 3 e- à placer La couche M est la couche de valence

Buts du modèle de Bohr Le modèle de Bohr permet d‘expliquer les spectres de raies et de calculer les longueurs d‘onde des raies pour des atomes très simples.

Postulats de Bohr Seulement des orbites bien définies sont permises à la circulation de l’électron

Postulats de Bohr A chaque orbite correspond un niveau énergétique bien défini; aussi longtemps que l’électron séjourne sur une orbite déterminée, son énergie reste constante

Postulats de Bohr En sautant d’une orbite sur une autre, l’électron échange avec le milieu ambiant la différence en énergie entre les niveaux énergétiques

Application Le modèle de Bohr permet d’expliquer le spectre d’émission et d’absorption de l’atome d ’hydrogène http://www.physics.uoguelph.ca/applets/Intro_physics/kisalev/java/atomphoton/index.html http://www.colorado.edu/physics/2000/quantumzone/bohr.html

Absorption E E4 E3 E2 E1 L’électron se trouve dans l’état fondamental

Absorption E E4 excitation E3 chaleur, lumière, E2 décharge électrique L’électron se trouve dans l’état fondamental

Absorption E E E4 E4 excitation E3 E3 chaleur, lumière, E2 décharge électrique E3 E3 E2 E2 E1 E1 L’électron se trouve dans l’état fondamental L’électron se trouve dans un état excité

Energie reçue par l’électron: E = E4 - E1 > 0 Absorption E E Energie reçue par l’électron: E = E4 - E1 > 0 E4 E4 excitation chaleur, lumière, décharge électrique E3 E3 E E2 E2 E1 E1 L’électron se trouve dans l’état fondamental L’électron se trouve dans un état excité

Emission E E4 E3 E2 E1 L’électron se trouve dans un état excité

Emission E E4 désexcitation E3 émission de lumière E2 E1 L’électron se trouve dans un état excité

Emission E E E4 E4 désexcitation émission de lumière E3 E3 E2 E2 E1 E1 L’électron retourne dans l’état fondamental L’électron se trouve dans un état excité

Emission E E Energie cédée sous forme de lumière: E = E1 - E4 < 0 désexcitation émission de lumière E3 E3 E E2 E2 E1 E1 L’électron retourne dans l’état fondamental L’électron se trouve dans un état excité

Simulation: Le modèle de Bohr de H http://www.walter-fendt.de/ph11f/bohrh_f.htm

Niveaux énergétiques pour H http://phys.educ.ksu.edu/vqm/free/h2spec.html

Spectroscopie d‘absorption

Inversion de population

LASER http://www.physics.uoguelph.ca/applets/Intro_physics/kisalev/java/laser/index.html

Limites du modèle de Bohr Le principe d’incertitude de Heisenberg

Limites du modèle de Bohr L’énergie des orbites pour des atomes qui comportent plus d’un électron ne peut pas être calculée. Si l’échantillon est placé dans un champ magnétique, son spectre d’émission présente de nombreuses raies qui ne peuvent pas être expliquées par le modèle de Bohr.

Le principe d’incertitude de Heisenberg Le principe d’incertitude de Heisenberg interdit de connaître avec précision à la fois la position et la vitesse d’une particule de faible masse Relation entre l’incertitude sur la position et sur la vitesse d’une particule:

Application numérique Si on admet une incertitude de 1000 m/s sur la vitesse de l‘électron, calculer l‘incertitude sur sa position.

Solution Pour connaître la position d‘un électron dans un atome, il faut le préciser à au moins à 10-11 m près, comme le rayon de l‘atome est de l‘ordre 10-10 m. Or selon le principe d‘incertitude de Heisenberg, on ne peut avoir une meilleure précision que 10-8.

Limites du modèle de Bohr Dans le domaine de l’infiniment petit, il est impossible d’accéder « par principe » à un certain nombre d’informations. Tout ce qu’on ne connaît pas par principe n’a aucune signification scientifique. Il faut développer un nouveau modèle atomique dans lequel on tient compte du fait que l’on ne peut pas localiser l’électron sur une orbite bien définie. =>Introduction du nuage électronique.