Question sur la formation de spectre de raies

[Waro]

Bonjour, ma question concerne la formation des spectres. Un atome soumis a une décharge électrique va permettre l'observation d'un spectre.
D'apres ce que j'ai compris sur la structure de l'atome , l'electron en changeant de niveau énergétique , d'orbite, va émettre (ou absorber ) un photon qui a une longueur d'onde spécifique.
Pour l'hydrogène on aura donc :

http://media4.obspm.fr/public/FSU/pa...mages/bohr.png

( lien image google copier l'adresse dans votre barre de recherche)

Si j'ai bien compris pour un atome d'hydrogène, l'électron excité passant du niveau 2 au niveau 1 émettra une raie qui correspondra a la série de Balmer par exemple, pour un second atome d'hydrogène du niveau 4 au niveau 2 ce qui correspondra a une autre série , ect , et l'ensemble statistique de toutes les raies émises par ces atomes va former le spectre de l'atome d'hydrogène, autrement dit un spectre est le résultat statistique de l'ensemble des transitions effectuées par beaucoup d'atomes d'hydrogène.

Mais je ne comprend pas pourquoi par exemple l'atome de sodium, qui a un plus grand nombre d'électrons, ne possède pas les raies du spectre d'hydrogène, lorsque l'on soumet une source de sodium a une décharge, il y a surement des électrons effectuant les mêmes transitions que l'électron de l'atome d'hydrogene non? , pourquoi les raies de l'hydrogene ( Serie de Balmer , de Lyman ..) ,ne sont pas presentes dans le spectre du sodium?

Voila, sa fait beaucoup de texte mais j'essaye d'être le plus clair possible en espérant avoir une réponse ,
Merci
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[Duke Alchemist]

Bonjour.

Cette différence est liée au fait que les niveaux d'énergie ne sont pas les mêmes pour l'atome d'hydrogène et pour l'atome de sodium.

Pour qu'une radiation soit visible, il faut que l'écart d'énergie entre deux niveaux soit compris entre 1,55eV et 3,1eV (en supposant les longueurs d'onde comprises entre 400 et 800nm).
Ainsi, tu cherches les niveaux dont les écarts correspondent à cet intervalle tu devrais trouver les 4 raies visibles du spectre du sodium.
Tu peux regarder cet exercice (le premier) où apparaissent les niveaux d'énergie de l'élément sodium.

De mon côté, j'ai une question également :
Comment explique-t-on les différences d'intensité (lumineuse) entre les raies d'un même élément ?

Duke.

[Waro]

Merci pour ton excellente réponse qui m'éclaire beaucoup !
Pour ta question je crois avoir la réponse que tu cherches, j'ai passer tellement de temps a comprendre le phénomène de formation des spectres..
Un spectre est le résultat statistique de l'ensemble des transitions effectuées par beaucoup d'atomes, comme je l'ai dit précédemment, ainsi certain niveau d'énergie, même atteint très rarement par l'atome d'hydrogène, apparaitrons dû au fait que l'étude statistique ce fait sur un nombre extrêmement élevé d'atome. Ces niveaux rarement atteint apparaîtrons alors avec une intensité moins élevée. Et donc les niveaux énergétique souvent atteint apparaîtrons avec une intensité importante.

Voila j'espere avoir répondu a ta question aussi bien que tu a répondu a la mienne!
Encore merci.

[moco]

Quand un atome H est excité par une décharge électrique, son électron unique reçoit de l'énergie. Il quitte l'orbite numéro 1 et passe vers un niveau élevé, dont le numéro peut être 2, 3, 4, 5, etc. Cette orbitale est plus éloignée du noyau que la première. Mais il n'y reste pas longtemps. Au bout de peut-être un milliardième de seconde, il revient vers son niveau original en cédant sous forme de lumière l'énergie correspondant à la différence d'énergie entre le niveau élevé initial et le niveau final, bas. mais ce retour peut être direct, ou indirect. Admettons que l'électron soit arrivé au niveau no. 5. Lors de son retour, il peut sauter vers l'état no.1 en cédant beaucoup d'énergie, et la radiation émise sera dans l'ultra-violet. Mais il peut sauter d'abord vers le no. 4, puis vers le 2, puis du 2 vers le 1. Il émettra alors trois rayons lumineux, dont l'énergie totale correspond à celle du cas précédent.

L'ensemble de tous les rayons lumineux correspondant au saut des niveaux 2, 3, 4, 5, 6, etc. vers le niveau 1 constitue la série de Lyman, et ces rayons sont tous dans l'ultra-violet (UV). L'ensemble de tous les rayons lumineux correspondant au saut des niveaux 3, 4, 5, 6, etc. vers le niveau 2 constitue la série de Balmer. Ces rayons lumineux sont dans la zone visible, entre le violet et le rouge. Il existe aussi une série dite de Paschen avec tous les rayons lumineux correspondant au saut des niveaux 4, 5, 6, etc. vers le niveau 3. Ils sont dans l'infra-rouge (IR).

Le sodium fait pareil avec son dernier électron, qui est sur la couche no.3. Quand on excite son électron, il passe sur la couche no. 4, 5, 6, etc. En revenant à la couche initiale, il émet aussi des rayons lumineux, et des séries comme celles de Lyman, Balmer. Mais elles sont dans un autre domaine d'énergie, à cause du fait que le sodium a un noyau chargé de 11 protons. Et il se trouve que la transition de retour du niveau 5 vers le 4 correspond à un rayon lumineux jaune. Toutes les autres transitions sont soit dans l'UV, soit dans l'IR.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Waro]

PS: Pour compléter ta réponse (pour ceux qui se sont posé la même question que moi), voici ce qu'a répondu mon professeur de chimie:
C’est ce qui fait la spécificité des atomes et de leur spectre. Chaque atome ou ion de chaque élément ont des spectres différents. Le fait qu’il n’est pas la même structure électronique et pas le même noyau fait que les transitions qui étaient permises pour l’un sont interdites pour d’autres. Le spectre, c’est une vraie carte d’identité de l’atome ou de l’ion.

[Waro]

Ah merci moco! C'est un peu plus précis donc si je comprend bien , les électrons du sodium décrivent les même séries que l'électron présent chez l'hydrogène mais la différence d'énergie entre ces deux atomes cause l'apparition de raies différentes?

[moco]

Les raies du sodium sont décalées d'une distance considérable vers l'UV, par rapport à l'hydrogène.
De plus il apparaît des complications dues au fait que les niveaux s et p sont dégénérés, donc ont la même énergie dans l'atome H, alors qu'ils sont séparés dans tous les autres atomes. Cela implique que le retour d'un niveau élevé vers un niveau 3s ou 3p n'implique par la même énergie. De plus, l'intensité du retour vers 3s et vers 3p est soumise à des règles de sélection différentes. L'une de ces transitions peut être interdite dans un cas et permise dans l'autre. Donc les intensités des émissions lumineuses sont faibles pour les transitions interdites, et fortes pour les transitions permises, chose qui n'existe pas dans l'atome H, où toutes les transitions sont également permises.