Exercice n°4
On analyse au
moyen d’un spectroscope, la lumière émise par une lampe à vapeur de sodium. Le
spectre est constitué de raies.
1.
Pourquoi ce
spectre est il appelé « spectre d’émission » ?
2.
A l’aide du
diagramme ci contre, interpréter la discontinuité du spectre.
3. La raie la plus intense est celle correspondant à la
transition entre le niveau d’énergie 2 et le niveau fondamental. Déterminer sa
longueur d’onde et sa fréquence. A quel
domaine des ondes électromagnétiques ce rayonnement appartient-il ?
4.
Lorsque l’atome
de sodium est en état d’énergie 4, quels photons est-il capable d’absorber
d’après le diagramme ci-contre ? (indiquer leurs énergies en eV)
5.
Calculer
la longueur d’onde du photon de plus petite énergie de la question 5.
Corrigé
1. C’est un spectre d’émission puisque qu’il est émis par le gaz excité qui constitue la source. La lumière ne traverse aucune substance absorbante.
2. Les niveaux d’énergie de l’atome sont quantifiés : l’atome ne peut prendre que certaines énergies, celles qui sont représentées sur le diagramme. En conséquence, il ne peut, par transition électroniques, émettre que certains photons d’énergies bien précises. Ils correspondent aux différentes raies observées.
3. On a Eph = E2 – E1 = 2.11 eV soit Eph = 2.11 x 1.6 10-19 = 3.38 10-19J
Comme Eph = h.n on a n = 
= 5.10 1014 Hz et l
= 
= 5.88 10-7m soit 588 nm.
Ce photon appartient au
domaine du visible, il est situé entre 400 et 750 nm.
4. En état E4 l’atome peut absorber 3 photons différents suivant ce diagramme simplifié, en comptant celui qui l’amène à l’état ionisé.
Soit Eph1 = E5 – E4 = 0.13 eV = 0.13 x 1.6 10-19 = 2.08 10-20 J
Eph2 = E6 – E4 = 0.65 eV= 0.65 x 1.6 10-19 = 1.04 10-19 J
Eph3 = E¥ – E4 = 1.51 eV= 1.51 x 1.6 10-19 = 2.42 10-19 J
5. On a l = 
= 9.55 10-6 m soit 9550 nm il s’agit
d’un photon infrarouge.