Émission de photons des atomes lorsque chauffés

[arbolis87]

Bonjour,
Mon professeur de physique moderne nous a montré un instrument (spectromètre) connecté à un ordinateur avec un senseur à fibre optique. En gros il pointait le senseur vers une source lumineuse et dans l'écran de l'ordinateur on pouvait voir les longeurs d'ondes de la lumière qui entrait dans le senseur en fonction de l'intensité.
Il nous a montré la lumière solaire (c'était pas mal de voir le spectre du soleil et son ultraviolet!) et puis il a allumé un briquet et a brûlé du sel de table. C'était assez dur à voir, mais il semble qu'on a vu une intensité plus grande que les autres ver le rouge à l'écran et il a dit que c'était la ligne du sodium.

Jusqu'à présent j'ai toujours pensé que pour exciter un électron d'un atome il fallait que la matière a exciter soit sous forme gazeuse et soumise à une forte tension. Qu'est-ce qu'il se passe lorsque la flamme brûle le sel de table au niveau des électrons de l'atome de sodium?
Le sel de table contient aussi des atomes de clore. Ses électrons ne sont pas affectés par la flamme?! Je ne comprends pas ça.
Pourquoi la flamme du briquet montrait un spectre continu (j'ai remarqué qu'il n'y avait pas d'ultraviolet ni de bleu, ou presque pas de bleu) si c'est une molécule de gas qui brûle?

Merci pour toute explication.
À bientôt.
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[LPFR]

Bonjour.
La couleur d'une flamme (briquet, bougie) est due aux particules de carbone incandescentes dont une partie finit en suie. Le spectre est celui d'un corps noir.
Une bonne flamme, comme celles d'un chalumeau ou d'une cuisinière bien réglés, donne une flamme bleu qui est due, probablement (mais je ne suis pas sur), à la combustion du CO.
Il y a des spectres atomiques qui sont dominées par des raies beaucoup plus intenses que les autres et qui donnent une dominante colorée aux flammes: jaune pour le sodium, rouge pour le néon, le calcium ou le lithium, vert pour le cuivre, etc. Ils sont utilisés par les fabricants de feux d'artifice.
D'autres n'ont pas de dominante importante (comme le chlore) et donnent des spectres légèrement teintés.
Le chlorure de sodium est assez volatile et s'évapore aux températures des flammes. On trouve des atomes de sodium et de chlore et on pourrait détecter le chlore avec un bon spectroscope.

Finalement, vous pouvez utiliser la réflexion sur un CD comme spectroscope. En plus de la réflexion spéculaire (miroir) vous verrez de chaque côté une réflexion décomposée. Regardez le spectre d'une LED blanche, vous verrez un "pic" vers le bleu, plus une bosse vers le rouge-jaune-vert. Comparez avec le spectre d'une petite lampe de poche à incandescence.
Au revoir.

[calculair]

bonjour et bonjour LPFR

J'espère que LPFR precisera sans doute ls choses. La lumière emise par la combustion des atomes est a mon avis mise par l'arrangement des électrons periphériques. Comme les niveaux d'énergie sont quantifiés et dpendent des atomes, l'emission se fait sur des raies specifiques à chaque type d'atome.

L'agitation thermique a pour conséquence de d'elargir les raies emises ( j'imagine que l'on decouvrirait une structure hyperfine dans ces raies largies du fait de la quantification des niveaux d'energie).

Ce type de spectre est assez differents du spectre emis par un corps dit "noir" comme le filament d'une ampoule chauffé a blanc...

Ces notions sont dejà assez loin pour moi......

[albacore]

Les photons produits par un corps chauffé sont tout à fait comparables a l'action de chauffer une barre de fer avec un chalumeau (par exemple), le corps va changer de couleur passant du noir au blanc et si on observe ce phenomene avec un spectroscope (ou un CD comme le sujere LPFR au dessus) on va voir le meme spectre qui va commencer à apparaitre quand le metal sera suffisament chaud pour devenir de plus en plus visible et intense au fur et à mesure que la chaleur monte, par contre là le spectre sera un mix entre le fer et l'acetylene/oxygene, d'ailleurs quand on eloigne le chalumeau le spectre change à l'observation pour ne plus afficher que celui du fer.

C'est le meme phenomene que dans une ampoule à incandescence, là nos yeux peuvent le percevoir mais en pratique on chauffe du tungstene avec un courant electrique, si on observe ça au spectroscope on va voir une raie plus grande là ou est censé se trouve le tungstene.

En observation astronomique cet outil est bien utile puisqu'il permet de connaitre la composition d'un corps celeste lointain, pas besoin d'aller sur place puisque on peut observer le spectre et ainsi connaitre les composants dominants.

Quand à la matiere sous forme gazeuse et soumise à une forte tension on la retrouve facilement dans un tube neon et dans des lampes au sodium ou metal hydrure par exemple, quand on observe leur spectre on voit bien les pics de certains atomes contenus dans le gaz, dans le visible on voit à l'oeil nu que la couleur emise n'est pas la meme, jaune pour une sodium et blanc bleuté pour une metal hydrure, les neons existent sous toute une palette de couleur du fait de differents gaz et revetements internes des tubes. De meme les ampoules d'automobiles existent en plusieurs modeles de type H4 à filament, l'ampoule peut contenir plusieurs types de gaz qui vont avoir une influence sur le spectre emis, pareil pour les lampes au xenon existant du blanc au violet.

La flamme du briquet est le resultat de la combustion du butane et de l'oxygene de l'air, le spectre que tu peux observer est probablement celui du butane.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitef17c7c8d]

Pourquoi la flamme du briquet montrait un spectre continu (j'ai remarqué qu'il n'y avait pas d'ultraviolet ni de bleu, ou presque pas de bleu) si c'est une molécule de gas qui brûle?

Je dirais que la flamme du briquet peut être vu comme un "bain thermique".

et puis il a allumé un briquet et a brûlé du sel de table. C'était assez dur à voir, mais il semble qu'on a vu une intensité plus grande que les autres ver le rouge à l'écran et il a dit que c'était la ligne du sodium.

Le sel de table contient aussi des atomes de clore. Ses électrons ne sont pas affectés par la flamme?! Je ne comprends pas ça.

Merci pour toute explication.
À bientôt.

La source d'excitation est donc la flamme du briquet avec un spectre continu dans une certaine plage d'énergie.
Il se peut qu'un état d'excitation du Sodium soit dans cette plage et qu'un état d'excitation du Chlore ne soit pas dans cette plage...

[LPFR]

Bonjour Calculair et Alabacore.
La couleur d'une flamme bien réglée (chalumeau d'acétylène avec assez d'oxygène, puisque Albacore en parle) est bleue. Il n'y a pas des particules de carbone comme dans le même chalumeau avec moins d'oxygène, qui produit une flamme jaune et, avec encore moins d'O2, de la suie. Le spectre est celui des atomes et molécules d'hydrogène et oxygène et peut-être de CO et d'autres choses. Mais comme je l'ai dit je pense que la couleur bleu est due à la combustion du CO produit dans la première phase de la décomposition du C2H2 et d la combustion (mais je ne suis pas certain).
Mais le spectre de la flamme "jaune" d'acétylène est celui du corps noir.
Si vous mettez un objet froid qui intercepte les gaz de la flamme "jaune", de la suie se dépose sur l'objet.

@Albacore: Je pense que vous confondez les tubes à décharge au néon utilisées (surtout dans d'autres pays) pour les enseignes lumineuses rouges avec le tubes fluorescents, incorrectement appelées "néon", et qui sont en réalité des tubes de décharge au mercure avec un revêtement interne d'un mélange de luminophores qui sont fluorescents sous la lumière UV du mercure.
Cordialement,

[albacore]

Bonjour Calculair et Alabacore.


@Albacore: Je pense que vous confondez les tubes à décharge au néon utilisées (surtout dans d'autres pays) pour les enseignes lumineuses rouges avec le tubes fluorescents, incorrectement appelées "néon", et qui sont en réalité des tubes de décharge au mercure avec un revêtement interne d'un mélange de luminophores qui sont fluorescents sous la lumière UV du mercure.
Cordialement,

Oui tout à fait, je m'en suis rendu compte après coup en cherchant de la documentation sur le sujet mais je n'ai pas édité mon message car je n’étais pas certain que cela soit si différent car les néons d'enseignes ont aussi un revêtement interne constitué d'une poudre formulée différemment selon la couleur désirée, vous confirmez ce doute, mea culpa.

[obi76]

Bonjour à tous,

juste pour le détail : il me semble que la lumière bleue est du à la recombinaisons des OH, pas des CO.

[LPFR]

Bonjour à tous,

juste pour le détail : il me semble que la lumière bleue est du à la recombinaisons des OH, pas des CO.

Re.
C'est possible. Je ne parie même pas un café sur le CO.
Mais vous pouvez constater que la combustion du CO produit des flammes bleues en soufflant sur les charbons ardents d'un barbecue. Là il n'y a pas de OH.
Et ce qui est sur est que la combustion du carbone se fait toujours en deux étapes: CO puis CO₂. Et c'est le CO qui est le réducteur.
Cordialement.

[obi76]

Mais vous pouvez constater que la combustion du CO produit des flammes bleues en soufflant sur les charbons ardents d'un barbecue. Là il n'y a pas de OH.

Justement, c'était l'exemple que je voulais vous donner pour montrer qu'à priori c'est plutôt le OH... je n'ai jamais vu de flamme bleu sur un barbecue... Par contre, dès qu'il y a des hydrocarbures, si...

PS : pour les flammes bleues, j'ai souvenir que je traçais les iso-contours de OH

[obi76]

Re,

En fait c'est aucune des deux (il fallait prendre un bout chacun ) : les radicaux OH* se recombinent en envoyant des photons à 306,4 nm (UV), les CH* à 430,5 nm (bleu).

Source : PhD Salentey page 68

[arbolis87]

Merci les gars.
Malheureusement je suis encore mélangé.
S'il vous plaît, corrigez-moi si je me trompe: L'agitation thermique peut exciter les atomes qui vont donc émettre des photons lorsque leurs électrons changent de couche. (Franchement, je ne comprends pas trop pourquoi. Ce sont les "chocs" entre atomes qui font que les électrons changent de couche?)
Et je n'ai pas compris la différence entre le spectre continu d'une flamme non bleu (disons d'un feu de forêt ou d'un briquet) et le spectre non continu d'éléments qui brûle comme le sodium, cuivre, etc.
Normalement lorsque je chauffe un corps, il se comportera comme un corps gris -disons noir pour simplifier- et devrait émettre un spectre continu. Cependant si je jette du sel dans un feu, le sel ne se comportera pas comme un corps noir ni comme un corps gris, mais d'une matière complètement différente et le spectre émis par la combustion du sel sera discret au lieu de continu. Mais je ne comprends pas pourquoi.
Merci encore.

[LPFR]

Justement, c'était l'exemple que je voulais vous donner pour montrer qu'à priori c'est plutôt le OH... je n'ai jamais vu de flamme bleu sur un barbecue... Par contre, dès qu'il y a des hydrocarbures, si...

PS : pour les flammes bleues, j'ai souvenir que je traçais les iso-contours de OH

Bonjour Obi.
Moi non plus je ne les avais pas vues avant que je fasse l'expérience par moi même.
Je l'ai lu dans un livre quand j'étais encore très jeune.
Une fois que tous les charbons sont rouges, si on souffle sur les charbons pour aviver la réaction, on voit, pendant les deux ou trois secondes qui suivent, (après avoir arrêté de souffler) les petites flammes bleues.
J'imagine qu'il ne faut pas le faire en plein soleil si on veut voir quelque chose.
Cordialement,