Spectres d'absorption et d'émission
Lorsqu'un atome est chauffé où qu'il subit une décharge électrique, un de ses électrons de sa couche périphérique (ou plus rarement des couches internes) passe du niveau fondamental à un niveau d'énergie supérieur appelé niveau d'état excité. Ce phénomène s'appelle l'absorption. Lorsque l'électron redescend, il réémet de l'énergie sous forme lumineuse (photon) : c'est l'émission.
Ces deux phénomènes peuvent être exploités pour servir de méthodes d'identification.
Spectre d'émission
Le spectre d'émission est obtenu par apport d’énergie :
- chauffage (spectres de flamme),
- décharge électrique (lampes à décharge).
L'électron est excité par cet apport d'énergie et émet une radiation en retombant dans son niveau fondamental.
On observe ainsi un spectre de raies (discontinu), caractéristique de l’élément émetteur.
Dans le cas du sodium (la couleur orangée des éclairages d'autoroutes et de tunnels), il existe par exemple deux raies à 589,00 et 589,59 nm.
Spectre d'émission du sodium
La qualité du spectre dépend évidemment de la résolution du spectroscope utilisé.
Spectre d'absorption
En ce qui concerne les spectres d'absorption, on aura comme spectre "le complémentaire" du spectre d'émission, avec en fond le spectre de la lumière utilisée pour réaliser l'expérience (ici de la lumière solaire).
Spectre d'absorption du sodium
Ce spectre est obtenu par irradiation de la matière et l'on observe un spectre de raies sombres sur fond de spectre thermique.
Spectre de l’hydrogène
1. Nature du spectre
Les raies sont groupées en séries : une dans le visible, une dans l’UV, plusieurs dans l’IR.
2. Série de Balmer
Dans un tube à décharge contenant de l’hydrogène sous faible pression (tube de Geissler), on observe la série de Balmer dans le visible (1885) :
l (Hd ) = 410 nm (violet) ; l (Hg ) = 434 nm (indigo)
l (Hb ) = 486 nm (bleu) ; l (Ha ) = 656 nm (rouge)
3. Relation empirique de Ritz (1908)
Les raies de Balmer vérifient la loi empirique de Ritz :
s = 1/l = RH (1/n1² - 1/n2²),
avec n1 = 2 et n2 = 3, 4, 5, 6, et où RH est la constante de Rydberg :
RH = 1,097.107 m-1.
Dans cette loi, n2 > n1.
Selon la valeur de n1, on a différents spectres de raies.
Série (n1) 1
2
3
4
5
Nom Lyman
Balmer
Paschen
Brackett
Pfund
Domaine UV
Visible
IR
IR
IR
Il arrive que l’on appelle terme spectral la quantité T(n), T (n) = RH / n²
La formule de Ritz est généralisable à d'autres atomes a condition d’être un peu modifiée.
Mais cette formule de Ritz, purement empirique, sera très vite détrônée par la formule de Bohr (1913).
