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Rappelons que la lumière blanche est constituée d'une infinité de radiations monochromatiques. Considérons l'un des photons qui traverse le gaz (par exemple un photon rouge). Il dispose exactement de la quantité d'énergie nécessaire pour que l'électron de l'atome d'hydrogène passe à un niveau d'énergie supérieur (fig.1). Ce photon ne sera plus donc présent dans la lumière transmise : le spectre présentera alors une raie noire. Un photon bleu qui dispose de plus d'énergie que le photon rouge fera passer l'électron à un niveau d'énergie encore plus grand (fig.2). Idem pour le photon indigo qui est encore plus énergétique. Seul l'atome d'hydrogène pourra absorber simultanément ces photons : son spectre d'absorption constitue donc là encore une signature qui lui est propre. On remarque que ce spectre comporte des raies noires dont les longueurs d'ondes sont identiques à celles présentes dans le spectre d'émission du même gaz. Une entité chimique (atome, ion, molécule) ne peut absorber que les radiations qu'elle est capable d'émettre.
En analysant les ondes électromagnétiques reçues par la Terre, et en mettant en évidence une absorption de certaines longueurs d'ondes, on peut identifier la présence d'une entité chimique dans la région de l’espace étudiée. Pour ce faire, on utilise un spectroscope ou un capteur CCD pour enregistrer des spectres d'absorption. On peut alors déterminer les longueurs d’onde manquantes et en déduire la nature des atomes, des ions ou des molécules responsables de leur absorption.
Comment obtenir un spectre de raies d'absorption ?Un spectre de raies d'émission est obtenu en décomposant la lumière émise par une source. Les radiations émises apparaissent colorées. Un spectre de raies d'absorption est obtenu en décomposant la lumière ayant traversé un corps. Les radiations absorbées apparaissent noires. Comment expliquer la présence de raie dans un spectre d'émission ?La lumière émise par un gaz à basse pression, mais à température élevée, quant à elle, conduit à la formation d'un spectre de raies. Celui-ci est constitué de raies, fines et intenses, correspondant à certaines longueurs d'onde et qui se détachent sur un fond noir.
Pourquoi Observe-t-on des spectres de raies et non des spectres continus pour les gaz ?Un gaz, un solide ou un liquide à pression élevée, s'ils sont chauffés, émettent un rayonnement continu qui contient toutes les couleurs. Un gaz chaud, à basse pression, émet un rayonnement uniquement pour certaines couleurs bien spécifiques : le spectre de ce gaz présente des raies d'émission. Comment créer un spectre lumineux ?Comment obtenir un spectre ? Il est possible d'obtenir un arc-en-ciel en arrosant son jardin le soir, avec le soleil dans le dos, et en réglant la lance d'arrosage de façon à pulvériser une bruine fine. Pourquoi le nombre de raies du spectre d'absorption Est-il inférieur au nombre de raies du spectre d'émission ?On observe que les raies d'émission sont situées exactement au même endroit que les raies d'absorption. En effet, un élément absorbe les raies qu'il est capable d'émettre. Remarque : les raies sont une véritable empreinte digitale de l'élément chimique.
En fonction du trajet suivi par la lumière, on peut réaliser des spectres de raies d'émission ou d'absorption. Il s'agit de savoir les différencier. Le spectre ci-dessous est-il un spectre de raies d'émission ou d'absorption ? Etape 1 Rappeler la différence entre les deux spectresOn rappelle que :
Etape 2 Repérer la présence de raies noires ou coloréesOn repère la présence de raies noires ou de raies colorées. Il ne faut pas confondre le domaine de radiations non émises (apparaissant noires) avec des radiations absorbées (noires aussi, mais plus fines). En particulier, un spectre continu d'émission est plus ou moins étendu vers le violet en fonction de la température de surface de sa source et ne comporte pas de raies noires. Dans le spectre ci-dessous, les raies noires sont absentes alors qu'il y a une grande plage noire. Dans le spectre donné, il n'y a pas de raies noires mais des raies colorées. On conclut :
Il s'agit donc d'un spectre de raies d'émission. Comment réaliser le spectre d'absorption UVPour un spectre UV-visible, on mesure l'absorbance (= la quantité de lumière absorbée par la solution) en fonction de la longueur d'onde de la dite lumière. Cela va permettre de déterminer la longueur d'onde au maximum d'absorption λ max \lambda_{\max} λmax : c'est une caractéristique propre à chaque espèce chimique.
Quel appareil nous permet de tracer le spectre d'absorption d'une solution ?Spectrophotomètre : Un spectrophotomètre est un appareil permettant de mesurer l'absorbance d'un milieu à une longueur d'onde donnée.
Comment ObtientUn spectre d'émission est la figure que l'on obtient en décomposant la lumière émise par une source à l'aide d'un système dispersif (prisme ou réseau).
Qu'estUn spectre d'absorption est la variation de la quantité de lumière absorbée par les pigments foliaires, en fonction de la longueur d'onde.
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Réaliser un spectre d'absorption
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