Spectres de raies et identification chimique des étoiles

Première générale Spé · Physique-Chimie Spé 1ère

À retenir

• Chaque raie correspond à une transition : = hc/|E_p - E_n|. • L'ensemble des raies d'un élément est son empreinte, car ses niveaux lui sont propres. • Spectre d'étoile : fond continu (photosphère) et raies noires d'absorption (atmosphère). • L'hélium a été découvert dans le spectre solaire (raie à 587,6 nm) en 1868.

Le cours

1. Des raies pour chaque transition Chaque raie d'un spectre correspond à une transition entre deux niveaux d'énergie de l'atome : = hc/|E_p - E_n| Comme chaque élément possède ses propres niveaux, l'ensemble de ses raies est une empreinte unique. Exemple : les raies visibles de l'hydrogène (410,2 ; 434,0 ; 486,1 ; 656,3 nm) correspondent toutes à des retours vers le niveau n = 2. 2. Le spectre d'une étoile La surface chaude d'une étoile (photosphère) émet un spectre continu, comme un corps noir. Les gaz plus froids de son atmosphère absorbent les photons d'énergie égale à leurs écarts de niveaux : le spectre reçu est continu, barré de raies noires (raies de Fraunhofer pour le Soleil). En comparant ces raies aux spectres de référence mesurés en laboratoire, on identifie les éléments de l'atmosphère de l'étoile. L'hélium a ainsi été découvert en 1868 dans le spectre du Soleil, grâce à une raie jaune à 587,6 nm, avant d'être isolé sur Terre en 1895. 3. Méthode : identifier les éléments d'une étoile 1. Relever les longueurs d'onde des raies noires et les convertir en nm. 2. Les comparer aux tables de raies, à la précision de mesure près. 3. Retenir un élément quand plusieurs de ses raies sont présentes ; écarter celui dont les raies principales manquent. 4. Si besoin, retrouver la transition avec | E| = hc/. 4. Attention Une raie noire dans un spectre d'étoile est une absorption : l'atome monte d'un niveau. La même longueur d'onde dans une lampe correspondrait à une émission, où l'atome redescend.

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