Chapitre5
QUANTIFICATIONDES ÉNERGIES ATOMIQUES.
LesénergiesinternesdesatomesyprennentdesvaleursdiscrètesEn:Nousavonsà
diversesreprisesévoqué cettequanti…cation desénergiesquiestunepropriéténonseule-
mentdesatomesmaisaussidesnoyaux(pages9,15,53 en particulier).Dansce chapitre
nousprésentonsquelquesfaitsexpérimentaux quinousdonnentaccèsàlastructureinterne
del’atome,etnousmontronscommentlescomprendre.
5.1Les spectresatomiques
Lesatomes,excitéspardiversmoyens,sedésexcitentenémettantdesondesélec-
tromagnétiques,rayonsX;lumièrevisibleouinfra-rouge.Lespectred’émission d’un atome
re‡ète certainespropriétésdesastructure etdesonenvironnement.L’étudedes spectres
estdoncparticulièrementinstructive.Dansce paragraphenousnouslimitonsau domaine
visibleouauxdomainesprochedu visible(infra-rouge etultra-violet).Le casdes spectres
Xseraévoquéplusloin.
Les sourceslumineusescourantes sontdedeuxtypes.
²les sourcesthermiques sontobtenuesen portantun corpsréfractaireàhaute
température;ellesémettentun rayonnementauspectre continu oùtouteslesfréquences
sontreprésentées.Lespectredu corpsnoirestun spectrethermiqueparexcellence (cf.
…gure3-7,page45).
²les sourceslumineusesàdéchargedanslesquellesun courantélectrique
traverseunevapeuratomiqueproduisentpourleurpartun rayonnementdanslespectre
duquelseulescertainesraies,bien dé…niesenfréquence,sontreprésentées.
5.1.1Les spectresderaies
Leslongueursd’ondedanslevide,¸;desraies spectralesd’émissionatomique
s’obtiennentàpartirde”termes spectraux”,Tk,quiformentunesuitediscrète caracté-
ristiquedel’atome considéré:¸=¸nmtelleque1
¸nm
=Tn¡Tm.Cetteloiempirique est
laloidecombinaison deRitz(1908).
L’interprétationestlasuivante: l’atomeprésentedesniveauxd’énergieEk:Les
transitionsd’un niveau d’énergiesupérieurEmversun niveau d’énergieinférieurEn
peuvents’accompagnerdel’émission d’un photon;detellestransitions sontappelées
”transitionsradiatives”.Lafréquence du photonestalorsºnm;l’atome émetteurétant
supposéimmobile, laconservation del’énergieimposehPºnm=Em¡En:Cesontces
transitionsquisontresponsablesdesraiesobservées.Laloide combinaison deRitzs’in-
terprètesimplementensupposant¡Ek=chPTk:Parconventionz, l’énergieinternede
yNousemployonsleterme"atome"commeune expressiongénériquesusceptiblededésigneraussibien
un atomequ’unemolécule,voiremêmeun ion.
zL’énergieinterned’un atome estlasommedel’énergie cinétiquedesélectronsetdel’énergiepotentielle
électrostatiquedeschargesen présence.Lesénergiespotentielles sontdé…niesàune constanteadditive
près,choisiedetellesortequelesénergiesinternesdel’atomesoientnégatives.