Expérience 7 - Le spectre de l'hydrogène atomique
énergie potentielle que peut posséder un électron dans un atome. Enfin, remarquons que plus
n augmente, plus la différence d'énergie entre deux niveaux voisins est réduite.
n = ∞
n = 4
n = 3
n = 2
n = 1
Figure 1 : Énergie potentielle selon le nombre quantique principal n
dans un atome hydrogénoïde
Il est possible pour un électron de passer d'un niveau d'énergie à un autre dans un
atome donné. Comme chaque niveau possède sa propre valeur d'énergie potentielle, ce
passage d'un niveau à un autre est toujours accompagné d'une variation d'énergie. Ainsi,
lorsqu'un électron quitte son niveau pour aller à un niveau plus bas (i.e. où n est plus petit),
son énergie potentielle diminue ; l'énergie perdue est alors émise sous forme de radiation
électromagnétique, c'est-à-dire qu'un photon est émis. Inversement, il faut fournir de l'énergie
à un électron pour qu'il puisse passer de son niveau d'énergie à un niveau supérieur (où n est
plus élevé).
À l'état fondamental, l'ensemble des électrons possède la plus basse énergie
potentielle possible. En fournissant de l'énergie à un atome, on peut faire passer des électrons
à des niveaux plus élevés ; l'atome est alors dans un état qu'on appelle excité. Cet état n'est pas
stable : les électrons reviennent rapidement à leur niveau initial, en émettant des radiations
électromagnétiques. Lorsqu’on décompose à l’aide d’un prisme la lumière émise par un
élément excité, on obtient ce qu’on appelle un spectre de raies (cf. figure 2). Celui-ci est
caractéristique de chaque élément puisque chaque raie correspond à la différence d’énergie
entre deux couches électroniques. Il est essentiel de comprendre ce dernier point : une raie ne
correspond pas à un niveau d'énergie, mais à la différence d'énergie entre deux niveaux.