Chap.3 : Sources de lumière colorée.

Échanges d’énergie entre lumière et matière :

Relation de Planck-Einstein

P. Bellanca-Penel, Lycée Ampère.

Pour se préparer 1èreSPHYKÊMIA L’ESSENTIEL 2

Spectres d’absorption et d’émission des éléments

chimiques

Hg

Naémission

absorption

Profil spectral des «corps noirs»

h1900

Les échanges d’énergie entre la lumière et la matière sont

DISCRETS

Quantum (paquet) d’énergie

h.νfréquence de l’onde

lumineuse

Constante de Planck

Quantum (paquet) d’énergie

h.νL’énergie d’un quantum de lumière est proportionnelle à

sa fréquence

h = 6,63.10−34 J.s

0,000000000000000000000000000000000663

Quantum d’énergie

ΔE = h.ν

Quantum d’énergie

ΔE = h.ν = h cλ

Quantum d’énergie

ΔE = h.ν = h cλ

Vitesse de la lumière (m/s)

Longueur d’onde de la radiation (m)

Joule (J)

Du Joule (J) à l’électron-volt(eV), une unité d’énergie adaptée

ΔE = h.νh = 6,63.10−34 J.s

Du Joule (J) à l’électron-volt(eV), une unité d’énergie adaptée

ΔE = h.νh = 6,63.10−34 J.s

Les énergies des atomes sont de l’ordre de grandeur de l’électron-volt (eV), ce qui en fait une unité bien adaptée

au domaine atomique.

1eV = 1,6.10−19 J

l’énergie des atomesLa première révolution quantique.

1913

noyau

couches électroniques

électrons

L’énergie des atomes est quantifiée

E

E diagramme d’énergie d’un atome

niveau d’énergie fondamental

niveaux d’énergie excités

1

2

3

Energies de l’atome

d’hydrogène

E1

E2E3

0

-13,6

-3,40-1,51-0,85 E4

E (eV)

Nb : Les atomes possèdent une énergie négative (qui modélise le fait que ce sont des «systèmes liés»)

Interaction lumière-matière

E1

E2

E (eV)

E (photon)

Interaction lumière-matière

E1

E2

E (eV)

Interaction lumière-matière

E1

E2

E (eV)

Si Ephoton = E2 − E1

Interaction lumière-matière

E1

E2

E (eV)

Si Ephoton = E2 − E1

Abs

orpt

ion

Interaction lumière-matière

E1

E2

E (eV)

E1

E2

E (eV)

Interaction lumière-matière

E1

E2

E (eV)

E1

E2

E (eV)Em

ission

Interaction lumière-matière

E1

E2

E (eV)

E1

E2

E (eV)Em

ission

Interaction lumière-matière

E1

E2

E (eV)

E1

E2

E (eV)Em

ission

Ephoton = E2 − E1

Interaction lumière-matière

E1

E2

E (eV)

E1

E2

E (eV)Em

ission

Ephoton = E2 − E1Si Ephoton = E2 − E1

Abs

orpt

ion

Comment calculer la longueur d’onde de la radiation absorbée ou émise ?

ΔE = h.ν = h cλ

Vitesse de la lumière

Longueur d’onde de la radiation

Interaction lumière-matière

E1

E2

E (eV)

E1

E2

E (eV)Em

ission

Ephoton = E2 − E1Si Ephoton = E2 − E1

Abs

orpt

ion

λ = hcE2 − E1

Interaction lumière-matière

E1

E2

E (eV)

E1

E2

E (eV)Em

ission

Ephoton = E2 − E1Si Ephoton = E2 − E1

Abs

orpt

ion

λ = hcE2 − E1(m) (J)

Interprétation des spectres atomiques

E1

E2E3

0

-13,6

-3,40-1,51-0,85 E4

E (eV)

410 nm

434 nm

486 nm 658 nm

Exemple de la raie de l'hydrogèneHα

E1

E2E3

0

-13,6

-3,40-1,51-0,85 E4

E (eV)

410 nm

434 nm

486 nm 658 nm

Exemple de la raie de l'hydrogèneHα

λ = hcΔE

= hcE3 − E2

E1

E2E3

0

-13,6

-3,40-1,51-0,85 E4

E (eV)

410 nm

434 nm

486 nm 658 nm

Exemple de la raie de l'hydrogèneHα

λ = hcΔE

= hcE3 − E2

= 6.63.10−34.3.108

(−1,51+ 3,40).1,6.10−19

E1

E2E3

0

-13,6

-3,40-1,51-0,85 E4

E (eV)

410 nm

434 nm

486 nm 658 nm

Exemple de la raie de l'hydrogèneHα

λ = 6.63.10−34.3.108

(−1,51+ 3,40).1,6.10−19 = 6,58.10−7m

E1

E2E3

0

-13,6

-3,40-1,51-0,85 E4

E (eV)

410 nm

434 nm

486 nm 658 nm

Plus la transition énergétique est grande, plus la longueur d’onde de la radiation abs ou émise est petite

Exemple de la raie de l'hydrogèneHα

λ = 6.63.10−34.3.108

(−1,51+ 3,40).1,6.10−19 = 6,58.10−7m

Hα

A très bientôtsur

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