SPECTRES ATOMIQUES

I - Généralités sur les spectres Examiner le spectre d’une lumière consiste à décomposer la lumière à l’aide d’un système dispersif comme un prisme en ses composantes monochromatiques. Source de lumière prisme spectre

I - Généralités sur les spectres Examiner le spectre d’une lumière consiste à décomposer la lumière à l’aide d’un système dispersif comme un prisme en ses composantes monochromatiques. Décomposition de la lumière par un réseau (ici un CD ; un réseau est constitué de traits très fins gravés sur un support, parallèles et très proches comme par exemple 528 traits par mm).

I-a Émission et absorption I - Généralités sur les spectres I-a Émission et absorption DÉFINITIONS : • Le spectre d’émission d’un corps est l’ensemble des radiations émises par ce corps excité, décomposé à l’aide d’un système dispersif. Lumière blanche Gaz atomique chaud

• Le spectre d’absorption d’un corps est l’ensemble des radiations absorbées par ce corps (gaz, liquide), décomposé à l’aide d’un système dispersif. Gaz atomique froid Lumière blanche

QUELQUES SPECTRES

I-b Spectre continu et spectre discontinu • Le spectre est continu s’il contient une infinité de raies. exemple: lumière blanche • Le spectre est discontinu s’il contient un nombre limité de raies de longueurs d’onde bien précises. On dit alors spectre de raies.

Spectres d’absorption Spectres d’émission Système dispersif Lumière blanche Spectre continu Gaz atomique chaud Spectre de raies ou spectre discontinu Spectres d’absorption Gaz atomique froid Lumière blanche

II- Cas des spectres atomiques Les spectres atomiques sont des spectres de raies Émission : raies colorées sur fond noir Absorption : raies noires sur fond coloré

Pour un atome donné, les longueurs d’onde des raies qu’il émet sont identiques à celles des raies qu’il absorbe

III - Interprétation des spectres atomiques Rappel : L’énergie de l’atome est quantifiée. Elle ne peut prendre que certaines valeurs bien définies

Énergie de l’atome : E Etat ionisé États excités État fondamental Etat ionisé États excités Diagramme d’énergie État fondamental

Un rayonnement électromagnétique interagit avec un atome si et seulement si l'énergie du photon (hn) permet à l’atome d'accéder à une valeur possible de son énergie.

Absorption d’un photon E E’’ Ephoton = E’’ – E’ Absorption : dia g énergie E’ spectres

E finale atome = E initiale atome + Ephoton Lors de l’absorption d’un photon, l’énergie de l’atome passe de Eini à Efin telle que E finale atome = E initiale atome + Ephoton

Émission d’un photon E E’’ Ephoton = E’’ – E’ E’ Émission diag énergie spectres

E finale atome = E initiale atome - Ephoton Lors de l’émission d’un photon l’énergie de l’atome passe de Eini à Efin telle que E finale atome = E initiale atome - Ephoton

Dans les deux cas, l’énergie du photon est telle que Ephoton = hn = hc/l = E’’ – E’ Avec E’’> E’

IV-a Description du spectre d'émission de H IV - Spectre de l’atome d’hydrogène IV-a Description du spectre d'émission de H U.V. visible I.R. 656,28 486,13 434,05 410,10 Lyman Balmer Paschen n = s = 1/l = nombre d’onde

Partie visible du spectre : Série de Balmer 656,28 486,13 434,05 410,10 n entier > 2 s : nombre d'onde (en m-1)   Ry(H) = 1,09677.107 m-1 : constante de Rydberg

IV-b Formule expérimentale de Ritz et Rydberg ø ö ç è æ - = l s 2 1 n ) H ( Ry ç n2> n1 n1  N* : caractérise la série (1 pour Lyman, 2 pour Balmer, 3 pour Paschen... n2  N* : caractérise le numéro de la raie dans la série (n2 = n1 + numéro de la raie) Ry(H) = 1,09677.107 m-1 : constante de Rydberg

Diagramme des énergies de l’atome d’hydrogène E (eV) -13,6 Paschen Balmer Les hydrogénoïdes donnent le même type de diagramme avec En = Z2 . En (H) et même type de spectre avec la formule de Rydberg Ry(X(Z-1)+) = Z2 . Ry(H) 1ère raie de la série de Lyman Raie limite de la série de Lyman Lyman

Série de Lyman : n1 = 1 Emission : retour vers le niveau 1 Absorption : départ du niveau 1 Série de Balmer : n1 = 2 Emission : retour vers le niveau 2 Absorption : départ du niveau 2 Série de Paschen : n1 = 3 Émission : retour vers le niveau 3 Absorption : départ du niveau 3

• Le spectre d’absorption d’un corps est l’ensemble des radiations absorbées par ce corps à l’état de gaz, décomposé à l’aide d’un système dispersif. Gaz atomique froid Lumière blanche