Cours de Première sur la matière et la lumière en physique chimie
Quantification de l’énergie d’un atome
- L’atome ne peut exister que dans certains états d’énergie bien identifiés : on dit que l’énergie dans un atome est quantifiée.
- Les différents niveaux d’énergie d’un atome sont représentés sur un diagramme de niveaux d’énergie.
Les énergies y sont exprimées en électronvolts (eV) ; 1 eV = 1,06 x 10-19 J.
- Le niveau d’énergie le plus faible d’un atome est associé à son état stable, appelé état fondamental (n = 1). Les niveaux d’énergie plus élevés sont associés aux états excités de l’atome. Lorsque n tend vers l’infini, l’énergie est maximale, choisie nulle par convention : l’atome est alors ionisé.
Interprétation des spectres atomiques
- Dans le spectre d’émission d’un atome, chaque raie correspond à une transition au cours de laquelle l’atome, initialement dans un état excité d’énergie , se désexcite en passant à un niveau inférieur . Le quantum d’énergie ΔE qu’il perd est émis sous forme d’une radiation électromagnétique de longueur d’onde λ telle que :
Avec ΔE en Joules (J) et λ en mètres (m).
- De même, un atome n’est pas susceptible d’absorber que les rayonnements de longueur d’onde apportant l’énergie nécessaire pour le faire passer à un niveau d’énergie supérieur. Ceci explique l’existence des spectres d’absorption de raies et justifie qu’ils soient le complémentaires de ceux d’émission.
- L’énergie d’ionisation est l’énergie à fournir à un atome dans son état fondamental (n = 1) pour que son électron périphérique arrive à l’infini avec une vitesse nulle :
- Si on envoie un photon de fréquence v sur un atome dans son état fondamental, deux cas peuvent se présenter :
- Si alors le photon est absorbé s’il apporte exactement l’énergie correspondant à une transition, sinon il est simplement diffusé.
- Si alors le photon est toujours absorbé, l’atome est ionisé et l’électron périphérique est éjecté avec une énergie cinétique.
Le spectre solaire
- Lorsque la lumière émise par la surface du Soleil traverse l’atmosphère du Soleil (appelée chromosphère), les atomes présents absorbent les longueurs d’onde correspondant à leurs sauts d’énergie, d’où la présence de raies sombres dans le spectre. Afin d’analyser la composition de l’atmosphère du Soleil, il suffit d’associer à chaque raie l’atome qui en est à l’origine.
