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.

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