UE - Éléments Chimiques TD3 : Effet photoélectrique et spectres

Université de Strasbourg - Année 2014-2015
Licence PC / MPA / ST / PSI
UE - Éléments Chimiques
TD3 : Effet photoélectrique et spectres atomiques
Exercice 1
a) Calculer la longueur d’onde d’une lumière émise par un lecteur de codes barre ayant une
fréquence de 4,62.1014s-1. Donner le nombre d’ondes associé. Indiquer son domaine
spectral et sa couleur.
b) Un pointeur laser vert émet une lumière de longueur d’onde 532 nm. Donner l’énergie (en
J et en eV) et la fréquence correspondantes.
Exercice 2
a) Etablir le diagramme énergétique de l’atome d’hydrogène en y portant les valeurs de nombre
quantique n et les énergies correspondantes (en eV) pour le niveau fondamental, les 4
premiers niveaux excités et le niveau d’ionisation.
b) Déterminer si les transitions suivantes correspondent à une émission ou une absorption.
n=3→n=1
n=2→n=4
n=4→n=3
c) Calculer l’énergie nécessaire (en eV et en J) pour qu’un électron de l’atome d’hydrogène
effectue les transitions ci-dessous. Indiquer la longueur d’onde associée et le domaine
spectral (UV, Visible, IR…)
n=2→n=1
n=6→n=5
d) Que se passe-t-il si on envoie un photon de longueur d’onde λ1 = 114 nm sur un atome d’H à
l’état fondamental?
e) Même question si λ2 = 95,1 nm
f)
Même question si λ3 = 82,9 nm
g) Montrer que le photon d’énergie la plus élevée (λ1, λ2 ou λ3) est capable d’ioniser l’atome d’H
et calculer la vitesse de l’électron est éjecté
Exercice 3
Lorsqu’une lumière blanche traverse une vapeur atomique, une partie du rayonnement est
absorbée aux fréquences qui correspondent aux transitions atomiques caractéristiques des
éléments constituant le gaz. Ce phénomène a permis de déterminer la composition chimique des
étoiles. En effet, les atomes des couches externes et plus froides de l’étoile absorbent le
rayonnement provenant de l’incandescence des couches internes et peuvent ainsi être identifiés
grâce à leurs raies spectrales.
Les étoiles de type O sont des géantes bleues pour lesquelles les raies principales du spectre
correspondent à une absorption de l’ion He+.
1) Quelle est le nombre de protons et d’électrons de l’ion He+ ? De quel type d’ion s’agit-il ?
2) Calculez l’énergie d’ionisation EI de He+ dans son état fondamental.
3) Calculez la longueur d’onde limite du rayonnement capable de réaliser cette ionisation.
Précisez s’il s’agit d’une longueur d’onde maximale ou minimale.
4) L’ion He+ dans son état fondamental peut absorber un rayonnement de longueur d’onde λ1 =
30,4 nm. Calculez la valeur de n, nombre quantique principal décrivant l’électron, dans l’ion
excité résultant de cette absorption.
5) Quand l’ion He+ est dans un niveau d’énergie correspondant à n = 3, peut-il absorber un
rayonnement de longueur d’onde λ2 = 468,5 nm ? Si oui, dans quel niveau l’électron se trouvet-il après cette absorption ?
Exercice 4
1) Montrer que l’absorption d’un photon de nombre d’onde ν = 1,56.108 m-1 par un ion Be3+ à
l’état fondamental est possible. Préciser la valeur du nombre quantique principal de
l’électron dans l’ion excité résultant de cette absorption.
2) Représenter schématiquement les différentes transitions possibles pour que l’électron
retourne à l’état fondamental. Parmi ces transitions quelle est celle de plus grande énergie ?
3) Déterminer les énergies, en J et en eV, et les longueurs d’onde associées des trois photons
pouvant être émis par cet ion excité au cours de son retour à l’état fondamental.