• Spectres atomiques spectre d`émission :

Spectre atomique
Série physique n° : 18
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A- Rappel :
 Expérience de Franck et Hertz
 Dispositif expérimental :
 Principe de l’expérience :
On fait varier l’énergie cinétique Ece et on
règle le compteur de sorte à compter le
nombre d’électrons qui l’atteigne avec
l’énergie cinétique Ece.
L’étude expérimentale a permis de tracer
C
e
N
N
en fonction de Ece
 Interprétation :
- Pour Ec< 4,9 ev : ……………………………………………..
…………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………..
- Pour Ec≥ 4,9 ev : ……………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………….
 Conclusion : L’expérience de Franck et Hertz met en évidence la quantification
du transfert d’énergie entre un atome et le milieu extérieur
Spectres atomiques
spectre d’émission :
- dispositif expérimental :
- Spectre d’émission de l’atome de mercure :

Spectre atomique
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spectre d’absorption :
- dispositif expérimental :
- Spectre d’absorption de l’atome de mercure :
 Les niveaux d’énergie de l’atome d’hydrogène :
pour un niveau d’énergie de l’atome d’hydrogène d’ordre n l’expression de son énergie
00
213,6
nE
E avec E ev
n
 Définitions :
 L’état fondamental est : ……………………………………………………………………
 La transition est : …………………………………………………………………………...
 L’émission est : ……………………………………………………………………………..
 L’absorption est : …………………………………………………………………………..
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 L’énergie d’ionisation est : ……………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………
 Interprétation du spectre d’émission et du spectre d’absorption :
 Lorsque l’atome passe d’un niveau d’énergie plus haut En à un niveau plus bas Ep
(n>p), l’atome ………… de l’énergie sous forme de photons avec :
En – Ep =W(photon) 
... ... ... ... ... ...
... ... ... ...
... ... ...
.... ..... ..... ..... ...... 1 1 .....
( ) ..... .....( )
..... ..... .... ..... .... .... .... .....
.... .... ...... ...... .... ....
.....( ) .
.... .... ..... ..... .... ...
    ...
.
 Lorsque l’atome passe d’un niveau d’énergie plus bas En à un niveau plus haut Ep
(n>p), l’atome ………… de l’énergie (si l’énergie absorbée est sous forme de photons on aura )
Ep – En =W(photon) =h.
 Excitation d’un atome :
1er cas choc atome-photon : ....…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………
2ème cas choc atome-électron …………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………
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B- Applications directes
On donne : la constante de Planck h=6,62.10-34 Js, la célérité de la lumière c=3.108 m.s-1 et la
charge élémentaire e=1,6.10-19 C et 1ev=1,6.10-19 J
Exercice 1
L’énergie du niveau n de l’atome d’hydrogène est donnée par la formule :
0
n2
E
En
avec E0=13,6 ev
1- Quelle est l’énergie correspondante :
a- A l’état fondamental de l’atome d’hydrogène ?
b- Au premier état excité de l’atome d’hydrogène ?
2- Définir la transition.
3- Une transition électronique du niveau 4 au niveau 2, cette transition est elle une absorption ou une
émission ? Justifier. Quelle est la longueur d’onde 1 de l’onde associée à cette transition ?
4- Une transition électronique du niveau 3 au niveau 5, cette transition est elle une absorption ou une
émission ? Justifier. Quelle est la longueur d’onde 2 de l’onde associée à cette transition ?
5- L’atome d’hydrogène est dans un état excité d’ordre p avec p>2. Lors du retour de l’électron du niveau
excité p au niveau 2 il émet un photon de longueur d’onde p,2 .
a- Montrer que la longueur d’onde émise lors de cette transition s’écrit sous la forme :
H22
p,2
1 1 1
R ( )
2p
avec RH est une constante que l’on calculera.
b- Calculer la longueur d’onde maximale de la radiation émise lors des transitions électroniques :
p2
6- Quelle est la longueur de l’onde de la radiation qui est capable d’arracher l’électron de l’atome
d’hydrogène, pris dans son état fondamental, et de lui fournir une énergie cinétique initiale égale à 2,4 ev.
Exercice 2
L’analyse du spectre d’émission d’une lampe à vapeur de sodium
révèle la présence de raies de longueurs d’onde bien définies. Le
diagramme d’énergie de l’atome de sodium est donné par la figure
ci-contre.
1- Justifier la discontinuité du spectre atomique.
2- Indiquer à quelle variation d’énergie correspond, pour
l’atome de sodium, l’émission de la raie jaune de longueur
d’onde =589,0 nm. Préciser les niveaux d’énergie
concernés.
3- Quel est le comportement d’un atome de sodium, pris à
l’état fondamental lorsqu’il reçoit un photon :
a- de longueur d’onde =539,0 nm ?
b- d’énergie 3,00 ev ?
c- de longueur d’onde =0,95 nm ?
4- l’atome de sodium, toujours pris dans son état fondamental,
est heurté par un électron ayant une énergie cinétique
Ec=3,00 ev.
a- Sachant que le choc est efficace, expliquer ce qui se passe lors de son interaction avec
l’électron.
b- Quelle est l’énergie cinétique de l’électron incident juste après son interaction avec l’atome de
sodium ?
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C- Exercices de synthèse :
Exercice 1 :
Les lampes à vapeur de lithium contiennent de la vapeur de lithium à très faible pression. Cette vapeur
est excitée par un faisceau d’électrons qui traverse le tube. Les atomes de lithium absorbent l’énergie des
électrons. L’énergie est restituée lors du retour à l’état fondamental sous forme de radiations lumineuses.
On représente le diagramme des niveaux d’énergie de l’atome de lithium (figure 1 ) de numéro atomique
Z=3. L’analyse du spectre d’émission d’une lampe à vapeur de lithium révèle la présence de raies de
longueur d’onde  bien définie.
On donne le spectre d’émission et le spectre d’absorption de l’atome de lithium (figure 2 ).
1- Préciser le spectre d’émission de l’atome de lithium et le spectre d’absorption.
2- Représenter le schéma du montage qui permet d’obtenir le spectre d’émission.
3- A l’aide du spectre d’émission, interpréter la quantification de l’énergie de l’atome de lithium.
4- L’énergie du l’état fondamental vaut E1 = -5.39 eV. (C’est l’énergie de l’électron de la couche externe
dans son état fondamental).
a- Prélever les valeurs des longueurs d’onde 1 ; 2 et 3.
b- Montrer que la longueur d’onde  du photon émis lors d’une transition du niveau n au niveau p
(n>p) est
1241
np
EE
avec  en nm et En – Ep en ev.
c- trouver les valeurs d’énergie des autres niveaux sachant que la longueur d’onde du photon émis
lors d’une transition du niveau :
 3 au niveau 2 est égale à 812 nm.
 4 ,, ,, 1 ,, ,, ,, 323 nm.
5- définir l’énergie d’ionisation de l’atome de lithium. Donner sa valeur.
6- L’atome de sodium, considéré maintenant à l’état fondamental, reçoit une radiation lumineuse dont le
quantum d’énergie a une longueur d’onde  égale à :
a- 220 nm.
b- 300 nm.
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