La quantification des niveaux d'énergie électronique

Thèmes abordés

Quantification, niveaux d'énergie électronique, ondulatoire de la lumière, spectres continus, spectres discontinus, spectres atomiques, modèle de Bohr

Résumé du document

Loi de Rayleigh - Jeans : "la longueur d'onde de la lumière est inversement proportionnelle à la température "
Cette loi n'est pas vérifié dans l'UV.

Postulat de Planck : "l'émission de la lumière ne se produit pas de manière continue mais par de petits grains d'énergie "
Il y a possibilité d'échanges d'énergie entre matière et lumière.
Seules certaines valeurs d'énergie sont possibles dans les échanges matière-rayonnement.
E = hυ E : énergie de la radiation émise ou absorbée (en J)
h : constante de Planck (h = 6,626.10-34 J.s)
υ : fréquence de la radiation émise ou absorbée (en Hz)
Les échanges d'énergie entre matière et rayonnement s'effectuent par paquets, par quantités définies, les quantas.
1 quantum = hυ

Extraits

[...] 2He+ ex B 1 ère 4 2 e 4 B2+ 3 e 4 B3+ Ionisation VIII.Balmer Les longueurs d'ondes des raies sont liées par la formule de Balmer : λ = k. λ en m n : nombre entier > 1 Généralisation et vérification avec les découvertes de nouvelles raies : n1 et n2 sont des entiers et n2 > n1 RH : constante de Rydberg = m-1 La raie de tête est la raie de plus grande longueur d'onde, pour une série donnée. [...]

[...] L'onde électromagnétique est à la fois onde et corpuscule. E = hυ = hc λ ! Unité du SI IV.Spectres continus et discontinus. Analyse Spectrale ex de la lumière émise : spectre continu : contient toutes le s fréquences (ou longueurs d'ondes) dans un intervalle donné ex. le Soleil, le filament d'une ampoule spectre discontinu : ne comporte que certaines fréquences (ou longueurs d'ondes) dans un intervalle donné ex. lumière émise par une flamme, lumière émise par un arc électrique dans un gaz V. [...]

[...] Les spectres obtenus sont discontinus. Les fréquences observées sont différentes suivant les éléments. VI.Le modèle de Bohr vm = n².a0 Z En = avec a0 = -10 m = 0,5297 A avec n : nombre quantique princial = nombre entier positif En l'absence d'une excitation extérieure, un électron se trouve en permanence sur le niveau le plus bas possible et ne peut pas perdre d'énergie : l'atome est dans un état fondammentale. L'électron est sur le niveau d'énergie E1. L'énergie de l'atome est quantifiée : En = niveaux d'énergie Dans les orbites stables, il n'y a pas de rayonnement et la distance au noyau est proportionnelle à Variation d'énergie : ΔE = hυ NRJ 0 -A.Z²/21 -A.Z²/16 n Etats Ionisé Etats excités supérieurs Etats excités supérieurs Etats excités supérieurs 1er état excité 1 Fondammentale VII.Interprétation des spectres atomiques D'après le modèle de Bohr : les électrons sont normalement au niveau d'énergie le plus bas possible : ils ne peuvent pas perdre d'énergie l'émission d'un rayonnement par un atome est un apport d'énergie préalable (excitation) passage dans un état excité retour à l'état fondammental avec émission de photons Transition électronique : sauts entre des valeurs discrètes d'énergie Lors de la transition électronique, les électrons passe d'un niveau d'énergie à un autre. [...]

[...] Le postulat de Planck peut expliquer l'effet photoélectrique : La lumière monochromatique (ne contenant qu'une radiation de fréquence υ) est formée d'une multitude de corpuscules porteurs d'un même quantum d'énergie (les photons). Quand un corpuscule frappe la plaque métallique, il communique son énergie à un électron lequel en utilise une partie pour s'extraire et l'autre sous forme de vitesse. T = hυ "énergie extraction" La lumière se comporte à la fois comme une onde et une particule. III.Double caractère corpusculaire et ondulatoire de la lumière Les échanges d'énergie entre matière et rayonnement de fréquence υ augmentent les quantités discrètes appelées quanta d'énergie hυ. [...]

[...] Quantification des niveaux d'énergie électronique I. Lumière : caractère ondulatoire La lumière se comporte comme une onde électromagnétique. Une onde électromagnétique est caractérisé par : une longueur d'onde λ (en un nombre d'onde σ (en une période T (en une fréquence υ (en Hz) υ= 1 T υ=c λ σ=1 λ c = m.s-1 Domaine des infrarouges : 800 à 106 nm Domaine du visible : 400 à 800 nm Domaine des ultra-violets : 10 à 400 nm II.Lumière : caractère corpusculaire Loi de Rayleigh Jeans : "la longueur d'onde de la lumière est inversement proportionnelle à la température " Cette loi n'est pas vérifié dans l'UV. [...]