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Spectres Émission/Absorption

Spectres d’émission

Spectres continu d’origine thermique

Quand on chauffe un corps solide, il émet un rayonnement lumineux dont le spectre est continu. Par exemple voici le spectre donné par une lampe:

Spectre continu d'une lampe

Ce spectre apparaît car le courant électrique qui passe dans la lampe fait chauffer le filament à très haute température (plus de 2000°C). Si on diminue l’intensité du courant de façon à baisser la température, on obtient alors un spectre comme celui-ci:

Spectre d'une lampe avec filament chauffé à température moyenne

Et si on baisse encore l’intensité du courant, on arrive à un spectre ressemblant à ceci:

Spectre d'une lampe avec filament chauffé à température basse

Les spectres continus sont d’origine thermique. Plus la température augmente, plus le spectre s’enrichit dans le violet.

Spectre de raies

Un gaz chauffé émet un spectre discontinu (aussi appelé spectre de raies), voici l’exemple du mercure:

Spectre discontinu d'un gaz chauffé

Un spectre est caractéristique de l’entité chimique qui le produit. Ainsi, en observant un spectre et en le comparant à des spectres connus on peut déterminer les espèces chimiques qui ont engendrées ce spectre.

Spectres d’absorption

Pour obtenir un spectre d’absortion, on éclaire une cuvre de gaz par de la lumière blanche et on observe le spectre obtenu en sortie de la cuve. Le spectre d’absorption du mercure est présenté ci-dessous:

Spectre d'absorption du mercure

On constate que le spectre ressemble à un spectre continu à l’exception de quelques raies noires. En observant les deux spectres du mercure, on constate que les raies de couleurs du spectre d’émission et les raies noires du spectre d’absorption sont aux mêmes places.

Les spectres d’émission et d’absorption d’une même entité chimique sont complémentaires. Si on les superpose, on retrouve le spectre d’émission continu. Une entité chimique ne peut donc absorber que ce qu’elle est capable d’émettre.

On vient de voir que les raies sont liées aux éléments chimiques. Ceci est utile pour déterminer la composition des étoiles. En étudiant la lumière émise par les astres et en comparant leur spectre à ceux de référence, on peut savoir de quoi ils sont fait.

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Émission lumière

Lorsqu’un électron passe d’un état excité à un état plus stable, il doit se débarraser d’une partie de son énergie, cela peut se faire par échange d’énergie lors d’une collision avec un autre atome, mais aussi par l’émission d’un photon (de la lumière).

Un électron tourne autour de son noyau (proton, neutron) suivant des orbitales bien précisent propre à chaque atome.

Représentation des orbitales atomiques

A chaque orbitale correspond un niveau d’énergie précis. L’état le plus stable est lorsqu’il se trouve sur l’orbitale la plus basse (proche du noyau).

Pour produire une émission, il faut exciter l’atome. L’absorption d’un photon peut fournir l’énergie nécessaire, mais ce n’est pas la seule possibilité. Dans un milieu chaud, et assez dense, les atomes sont agités par l’énergie thermique, et s’entrechoquent. L’énergie cinétique dissipée lors du choc est tout à fait capable d’exciter ces atomes. Il n’est donc pas forcément nécessaire d’envisager une absorption pour provoquer l’émission.

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