La couleur et les feux d'artifice

[invite30922054]

Bonjour,

j'ai un dossier à réaliser sur les feux d'artifice et pour l'instant, j'essaye d'expliquer comment les couleurs sont produites.

J'ai bien compris le phénomène d'émission atomique lors duquel un atome excité, en retournant à son état fondamental, libère de l'énergie lumineuse sous la forme d'un photon.
Mais une question reste en suspend: pourquoi chaque atome/ molécule n'émet pas la même couleur?

Qu'est-ce qui fait que le strontium émet une lumière rouge et que le baryum, lui ,émet une lumière verte?
Qu'est-ce qui différencie ces 2 éléments pour qu'ils n'émettent la même couleur?
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[jiherve]

Bonsoir,
avec un tel pseudo on pourrait penser que les notion de niveaux d’énergie des orbitales électronique serait connu.
JR

[invite30922054]

Bah sur un forum de chimie, je me suis dit que le pseudo serait adapté, mais je ne prétends aucunement avoir des connaissances en chimie ultra-développé... disons que j'ai simplement manqué d'originalité...

Mais, au passage, tu n'as pas réellement répondu à ma question

[moco]

On peut répondre simplement à cette question en disant que les couleurs des raides d'émission sont différentes parce que les noyaux des atomes ont des charges différentes, donc qu'ils attirent leurs électrons avec des énergies différentes.

[A voir en vidéo sur Futura]

[jiherve]

Re
ben si, fais donc une petite recherche avec ton fouineur favori.
JR

[invite30922054]

Donc, un électron retourne sur sa couche initial parce qu'il est attiré par le noyau de l'atome?

Mais pourrais-tu développer un peu ta réponse?
Pourquoi le fait d'être attiré avec une énergie différente permet à l'électron de libérer plus d'énergie?
Et pourquoi cette énergie libérée influence-t-elle la longueur d'onde du photon, et donc la couleur émise?

[moco]

C'est tout un cours de chimie que tu nous demandes là. Je ne peux pas commencer à le faire dans le cadre étroit du Forum.

[invite30922054]

Même pas une réponse un peu simplifiée??

[moco]

C'est difficile de te répondre, car on ignore ce que tu sais, et ce que tu ignores. Sais-tu qu'un atome est fait de protons au centre et d'électrons situés sur des orbites (ou couches) différentes ? Sais-tu calculer l'énergie de ces orbites, selon le modèle rudimentaire de Bohr ? Sais-tu combien un atome contient d'électrons, et comment ils sont distribuées par couches successives ? Connais-tu la relation entre longueur d'onde et fréquence ? Sais-tu en quoi diffère un atome dans l'atome fondamental d'un atome excité ?

[invite30922054]

Oui je sais qu'un atome est fait d'un noyau de protons et de neutrons autour desquels gravitent des électrons.
Non je ne sais pas calculer l'énergie de ces orbites.
Oui je sais combien un atome contient d'électrons. Ce nombre est donné par le numéro d'ordre de l'élément dans le tableau périodique et est égale au nombre de protons pour permettre la neutralité de cet élément.
Oui je sais comment ils sont distribués: selon la formule 2n², n représentant le numéro de la couche sur laquelle se trouve l'électron ( la couche K a pour numéro 1 , L a pour numéro 2,...).
Oui je connais la formule λ= v/ f ( λ est la longueur d'onde, v est la vitesse de l'onde et f sa fréquence).
Et pour répondre à ta dernière question, lorsqu'un atome est dans un état excité, ses électrons passent à une couche supérieure grâce à un apport d'énergie et ils sont donc instables.
Dans l'état fondamental, chaque électron est sur sa couche initial.

j'imagine que c'est pas trop mal

[moco]

Bon. Alors tu dois savoir que si on compare la même couche sur deux atomes différents, l'énergie d'un électron sur cette couche varie avec le nombre de protons dans le noyau. Plus il y a de protons, plus c'est difficile d'arracher un électron qui s'y trouve, et aussi de le faire passer sur une couche extérieure. Plus donc en revenant sur sa couche initiale, il libérera d'énergie. Et comme l'énergie est proportionnelle à la fréquence, plus l'énergie sera élevée.

[invite30922054]

En effet, plus il y a de protons, plus l'électron est attiré, plus il est difficile de l'éloigner du noyau.

Donc il faut beaucoup d'énergie pour le faire changer de couche, et ce "beaucoup d'énergie" est libéré pour revenir sur la couche initiale.
Par contre je ne comprends pas pourquoi l'énergie est proportionnelle à la fréquence?

[jiherve]

re
e = h*nu
JR

[moco]

C'est comme je te disais. C'est tout un cours de chimie qu'il te faudrait.
Mais bon. Au point où tu en es, tu peux le prendre comme un fait expérimental. L'énergie d'un photon, ou d'un grain de lumière si tu préfères, est proportionnelle à la fréquence de la lumière émise. C'est une loi émise par un certain Planck. On peut même écrire que l'énergie E s'écrit : E = h·f, où f est la fréquence, et h est une constante universelle, un peu comme pi en géométrie. Cette constante h a une valeur qu'on trouve dans les tables.

[invite30922054]

Attendez je crois avoir compris, reprenez-moi si je me trompe:

Comme dit plus haut, plus il y a de protons, plus il faut d'énergie pour faire en sorte qu'un atome change de couche.
Une fois sur une couche supérieure, l'électron est instable et cherchera donc à revenir sur sa couche initiale.
Pour ce faire, il devra rendre l'énergie emmagasinée.
Cet énergie est rendue sous la forme d'un photon. Donc plus il y a de protons, plus l'énergie du photons est élevée.
Par la formule: E= h.f
où E est l'énergie du photon
h une constante ( 6.63.10^-34 J.s)
f la fréquence,
On peut affirmer que l'énergie du photon est proportionnelle à sa fréquence.
Dès lors, une énergie élevée amènera une fréquence élevée, et donc une couleur s'approchant plutôt du violet que du rouge.

Mais pourtant le strontium possède plus de protons, que le sodium, donc la fréquence devrait être plus élevée, or le strontium produit une lumière rouge qui a une fréquence plus basse que le jaune produit par le sodium.

Peux-tu me l'expliquer s'il te plait?

[moco]

Oh la la la !
Il y a du vrai, et il y a du faux.
Mai c'est comme je me tue à te dire. On ne peut pas tout t'expliquer en quelques minutes.
C'est toujours l'électron de la couche la plus extérieure qui est arraché en pyrotechnie. Et ce n'est pas toujours la même couche d'un atome à l'autre. Pour le Strontium, l'électron se trouve sur la couche numéro 5, et on l'envoie sur la couche numéro 6. Pour le calcium et le potassium l'électron est sur la couche numéro 3 et on l'envoie sur la couche numéro 4. L'énergie de la radiation émise correspond à la différence entre l'énergie de la couche initiale et celle de la couche finale. Et chacune de ces énergies dépend à la fois du nombre de protons certes, mais il dépend aussi du numéro de la couche et de l'effet répulsif de tous les autres électrons.

[invite30922054]

Je comprends bien que tu ne peux pas tout m'expliquer sur quelques minutes, mais j'ai vraiment absolument besoin de comprendre ce phénomène sinon mon TPE est foutu... Surtout que mon prof rechigne à donner la moindre explication...

Tu dis qu'il y a du vrai et du faux.... où est le faux? Est-ce vraiment faux ou tout simplement extrêmement simplifié?

Sinon, j'ai compris le fait que plus un électron est sur une couche éloignée du noyau, moins il est attiré, moins il faut d'énergie pour l'éloigner davantage.
Et, si j'ai vraiment compris, l'effet répulsif des électrons facilitent ce phénomène d'éloignement?
Donc plus un atome est éloigné, moins le noyau l'attire, laissant une plus grande influence à l'effet répulsif?

[moco]

Je ne sais pas ce que c'est qu'un TPE.

Le plus simple est de dire que
- chaque atome est différent,
- ses couches occupées ou non ont toutes des énergies différentes
- c'est très difficile de calculer ces énergies,
- la lumière émise est due au retour de l'électron le plus extérieur que la réaction chimique avait propulsé sur l'une des plus proche couches extérieures non occupées. Pour le Calcium et le Potassium, la lumière émise est due au retour de l'électron de l'une des couches 4. 5 ou 6 vers la couche numéro 3. Mais cela se complique, car il y a aussi des sous-couches.
- la fréquence de la lumière se calcule en divisant la différence entre l'énergie de la couche extérieure (4, 5 ou 6 pour K et Ca) moins celle de la couche fondamentale (3 pour K et Ca)

[albanxiii]

Bonjour,

Oui je sais qu'un atome est fait d'un noyau de protons et de neutrons autour desquels gravitent des électrons.

Il s'agit du modèle de Bohr, qui n'explique que le spectre de l'atome d'hydrogène, et encore, imparfaitement.
Il a été abandonné depuis presque un siècle.
Dans les modèles et théories actuels, on ne peut pas localiser un électron, il est décrit par sa fonction d'onde, qui permet de calculer des probabilités de présence uniquement. Bien sur, on peut aussi calculer très précisément les spectre de tous les atomes que l'on désire.

@+

[moco]

Mais oui, Alnbanxiii. Je connais tout cela par coeur. D'autant plus que je l'enseigne. Mais tu parles dans le vide.
Est-ce que tu ne vois pas qu'il faut s'adapter au niveau de celui qui lance une demande, et que notre correspondant n'est pas en mesure de comprendre la notion de fonction d'onde, de dégénérescence, etc. ? Si c'était le cas, il n'aurait pas présenté sa demande comme il l'a fait. Il lui faut quelque chose de simple, à sa mesure.