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
PHYKHÊMIA