Niveaux d'énergie atomique et quantification
Première générale Spé · Physique-Chimie Spé 1ère
À retenir
• L'énergie d'un atome est quantifiée : état fondamental E_1, états excités, E = 0 pour l'atome ionisé. • Absorption : l'atome monte d'un niveau ; émission : il redescend. • Le photon échangé a exactement l'énergie | E| = h = hc/. • Un photon d'énergie intermédiaire n'est pas absorbé.
Le cours
1. Une énergie quantifiée L'énergie d'un atome ne peut prendre que certaines valeurs bien précises, notées E_1, E_2, E_3 : elle est quantifiée. On les représente sur un diagramme de niveaux d'énergie (axe vertical, en eV). E_1, le niveau le plus bas, est l'état fondamental : l'état stable de l'atome. Les niveaux supérieurs sont des états excités, instables. Le niveau E = 0 correspond à l'atome ionisé (électron arraché) : les énergies des états liés sont négatives. Exemple de l'hydrogène : E_1 = -13,6 eV, E_2 = -3,40 eV, E_3 = -1,51 eV, E_4 = -0,85 eV. 2. Transitions et photons L'atome passe d'un niveau à un autre en absorbant ou en émettant un photon dont l'énergie est exactement l'écart entre les deux niveaux : | E| = |E_p - E_n| = h = hc/ Absorption : l'atome monte de E_n à E_p > E_n en absorbant un photon d'énergie E_p - E_n. Émission : l'atome redescend de E_p à E_n en émettant un photon d'énergie E_p - E_n. Un photon dont l'énergie ne correspond à aucun écart n'est pas absorbé : il traverse le gaz. L'énergie d'ionisation depuis le fondamental vaut 0 - E_1 (13,6 eV pour l'hydrogène) ; tout photon d'énergie supérieure peut ioniser l'atome. 3. Méthode : exploiter un diagramme 1. Calculer l'écart E entre les deux niveaux (en eV). 2. Le convertir en joules : 1,60 10^-19. 3. Calculer = hc/| E| et situer la radiation dans le spectre. 4. Pour tester un photon donné, chercher s'il existe deux niveaux séparés exactement de son énergie, en partant du niveau occupé. 4. Attention Les énergies sont négatives : l'écart entre E_2 = -3,40 eV et E_1 = -13,6 eV vaut -3,40 - (-13,6) = 10,2 eV, et non 17,0 eV.
Dans ce chapitre
- Propagation rectiligne de la lumière et vitesse de Seconde
- Spectre de la lumière blanche et dispersion par un prisme de Seconde
- Spectres d'émission et d'absorption de Seconde
- Le modèle ondulatoire de la lumière : ondes électromagnétiques
- Le spectre électromagnétique global
- Limites du modèle ondulatoire classique : le rayonnement du corps noir
- Le modèle corpusculaire : le photon et quanta d'énergie
- Effet photoélectrique : description et interprétation quantique
- Bilan énergétique de l'effet photoélectrique
- Dualité onde-corpuscule de la lumière
- Niveaux d'énergie atomique et quantification
- Spectres de raies et identification chimique des étoiles
- Applications technologiques des photons : lasers et cellules photovoltaïques
- Bilan : Synthèse et méthode sur Modèle ondulatoire et corpusculaire de la lumière