Une lampe spectrale est une ampoule de verre remplie d'un gaz à travers laquelle on fait passer un courant électrique. La lumière alors émise est étudiée avec un spectromètre.

Comment interpréter les spectres observés ?

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Par intuition

Pourquoi chaque type de lampe spectrale a-t-il un spectre d'émission particulier ?

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Doc. 1
Matériel nécessaire

Une lampe spectrale à mercure ;
Une lampe à incandescence ;
Un spectroscope portatif ou un spectromètre numérique.

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Doc. 2
Exemple de spectre à compléter

Données

1 eV = 1\text{,}60 \times 10^{-19} J ;
h=6\text{,}63 \times 10^{-34} J·s ;
c=3\text{,}00 \times 10^{8} m·s^-1 ;

Rappel : L'énergie d'un photon, exprimée en joule, est donnée par la relation E_{\text {photon}}=h \cdot \nu.

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Doc. 3
Les niveaux d'énergie de l'atome de sodium

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Doc. 4
Les niveaux d'énergie du mercure

Les énergies de l'atome de mercure sont :

E_{1}=-10\text{,}5 eV ;
E_{2}=-5\text{,}78 eV ;
E_{3}=-5\text{,}56 eV ;
E_{4}=-4\text{,}98 eV ;
E_{5}=-3\text{,}74 eV ;
E_{6}=-2\text{,}71 eV ;
E_{7}=-2\text{,}51 eV ;
E_{8}=-1\text{,}90 eV ;
E_{9}=-1\text{,}81 eV ;
E_{10}=-1\text{,}60 eV ;
E_{\infty}=0 eV (valeur limite).

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Supplément numérique

Utilisez un simulateur des spectres d'émission et d'absorption des éléments
en ligne
.

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Questions

Compétence(s)

RAI/ANA : Faire le lien entre les modèles microscopiques et les grandeurs macroscopiques

1. Doc. 1 Proposer et mettre en oeuvre un protocole permettant d'observer le spectre d'émission de la lampe à incandescence A et de la lampe spectrale B.

2. Doc. 2 Représenter le spectre expérimental de chaque lampe. Qu'aurait-on observé avec une source laser ? Le vérifier avec une expérience (attention à la sécurité).

Cliquez pour accéder à une zone de dessin

3. Doc. 1 et 4 Représenter le diagramme des différents niveaux d'énergie de l'atome de mercure avec pour échelle 1,0 cm \longleftrightarrow 1,0 eV.

Cliquez pour accéder à une zone de dessin

4. Comment nomme-t-on un atome auquel on a arraché un électron ? Préciser alors le nom du dernier état sur le diagramme. Quelle est la valeur de l'énergie E_{\infty} correspondante ?

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Synthèse de l'activité

Quelle condition doit être vérifiée entre l'énergie du photon E_{\text {photon}} et deux niveaux d'énergie E_{\mathrm{f}} et E_{\mathrm{i}} de l'atome pour expliquer l'existence des raies dans le spectre d'émission ?

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À chaque atome, son spectre d'émission

Par intuition

Doc. 1Matériel nécessaire

Doc. 2Exemple de spectre à compléter

Doc. 3Les niveaux d'énergie de l'atome de sodium

Doc. 4Les niveaux d'énergie du mercure

Supplément numérique

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Matériel nécessaire

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Exemple de spectre à compléter

Doc. 3
Les niveaux d'énergie de l'atome de sodium

Doc. 4
Les niveaux d'énergie du mercure