Atomistique ( lumière, photons ... )

[Juliette16]

Bonsoir

(encore un post sur l'atomistique : lumière, photons ... )

J'ai lu pleins de posts sur le site /internet mais j'ai l'impression que beaucoup de choses se mélangent dans ma tête ( Je suis en L1 donc je peux me passer des choses Très/trop compliquées pour mon niveau ... )


1) La lumière est une onde électromagnétique : coexistence d'un champs "complexe" : électrique et magnétique perpendiculaire l'un et l'autre .Ce sont les charges électriques qui sont à l'origine de la création d'un champs électrique : Dans le cas de la lumière, ce sont les électrons ? et les photons,sont-ils responsables de la création du champ électrique ?
J'ai lu aussi que le champs magnétique était émis par un courant électrique constant ... Le champs électrique de la lumière est toujours constant ?
La lumière émet en permanence des ondes électromagnétiques ? ( je pose une question stupide là je crois )

2) L'énergie de la lumière est portée par des quanta d'énergie, qui sont des particules de masse nulle appelées photons. Tous les photons émis par une source lumineuse ne possèdent pas la même énergie ... ? Si j'éclaire un atome de mercure par exemple, on va apporter de l'énergie à l'échantillon,les électrons de cet atome vont absorber une certaine énergie qui leur est propre , leur permettant de passer à un niveau supérieur d'énergie ( les énergies sont quantifiées). Lors de cette expérience, plusieurs électrons peuvent être "déplacés" simultanément sur une couche orbitale supérieure ?

3) J'éclaire un objet bleu avec une source lumineuse blanche. Chaque électron de l'objet bleu absorbe une longueur d'onde ( contenant UN SEUL photon ? ) qui lui est propre.Toutes les longueurs d'ondes sont absorbées sauf celle du bleu. C'est comme ci il y avait un rayonnement électromagnétique contenant un photon POUR CHAQUE COULEUR ?

4) 3LI^2+ et 2HE^+ ont qu'un seul électron . Comment on le sait ça .. ?

5) L'énergie d'un photon est E =hv avec v fréquence de la radiation émise par le photon

et j'ai vu ( si j'ai bien compris ) que l'énergie pour l'atome d'hydrogène ( donc moi même je ne comprends pas ma phrase, est-ce l'énergie du photo libérée par l'atome d'hydrogène .. ? )est : En = -13,6 / n² . D'où ça sort .. ?

6) On éclaire une plaque de zinc qui initialement est chargée négativement ( cela veut donc dire que l'atome a des électrons en trop, c'est un ion ). Que va-t-il se passer ? La lumière blanche va "sortir" les électrons en trop du zinc pour que l'élément devienne stable .. ?
Si le zinc a 2 électrons en trop , il faut sortir les 2 électrons ... ?
. Si l'électron absorbe un photon & que l'énergie du photon est égale au travail de sortie de l'électron alors l'électron peut-être expulsé du métal ... Ce sont obligatoirement les électrons situés sur des couches orbitales éloignées du noyau qui sont expulsés j'imagine ... En effet, on ne peut pas expulsé d'un seul coup un électron situé sur une couche près du noyau ( à n = 1 par exemple) ?
Quand on parle d'énergie de ionisation , ce sont tous les électrons qui sont expulsés de l'atome ou seulement un seul ?

J'ai vu que l'énergie de ionisation s'appliquait seulement aux systèmes monoélectriques ou hydrogénoides ... Pourquoi ?

7 ) Bohr étudia l'atome d'hydrogène.L'unique électron se déplace sur une orbite circulaire centrée sur le noyau qui est supposé immobile. Le système est stable.
L'électron est soumis à une force . F = m.a ici a = V²/r où V est la vitesse de l'électron.
La force est la force électrostatique de Coulomb.
f = (1/ 4pi*E0 ) * (( Q.Q') / r² ) avec q= +e et q'= -e j'apprends cette formule bêtement .. ?

On a f = -e² / 4pi*E0*r²

Mais j'ai vu sur un autre site que c'était E = -e² / 8pi*E0*r

8) la longueur d'onde de n'importe quelle particule ( electron, proton , photon ) est h/p avec h constante de plank et p quantité du mouvement (je vois pas ce que c'est ça par contre .. )

je viens de trouver cette formule dans mon cours , c'est l'énergie pour un ion hydrogénoide ( je ne suis pas capable d'identifier des ions hydrogénoides ... )
E = -me^4 * Z² / 8E0²*h²*n²

La formule du 7 alors est incorrect .. ? Ou alors la formule du 7 c'est pour les autres atomes ...







Je sais plus trop ce que je comprends ou pas , mes idées sont plus très claires
Je vous remercie
-----

[phys4]

Bonsoir
1) La lumière est une onde électromagnétique : coexistence d'un champs "complexe" : électrique et magnétique perpendiculaire l'un et l'autre .Ce sont les charges électriques qui sont à l'origine de la création d'un champs électrique : Dans le cas de la lumière, ce sont les électrons ? et les photons,sont-ils responsables de la création du champ électrique ?

Ce sont bien les électrons qui créent les champs, les photons sont le champ électromagnétique.

J'ai lu aussi que le champs magnétique était émis par un courant électrique constant ... Le champs électrique de la lumière est toujours constant ?
La lumière émet en permanence des ondes électromagnétiques ? ( je pose une question stupide là je crois )

Un champ magnétique peut exister seul s'il est constant, un champ électrique également. Si les champs ont une variation temporelle, alors ils doivent exister ensemble.
La lumière n'émet pas une onde électromagnétique, elle est une onde électromagnétique.

2) L'énergie de la lumière est portée par des quanta d'énergie, qui sont des particules de masse nulle appelées photons. Tous les photons émis par une source lumineuse ne possèdent pas la même énergie ... ?

L'énergie des particules de lumière s'appelle aussi la couleur.

Si j'éclaire un atome de mercure par exemple, on va apporter de l'énergie à l'échantillon,les électrons de cet atome vont absorber une certaine énergie qui leur est propre , leur permettant de passer à un niveau supérieur d'énergie ( les énergies sont quantifiées). Lors de cette expérience, plusieurs électrons peuvent être "déplacés" simultanément sur une couche orbitale supérieure ?

Les électrons ne sont pas déplacés simultanément, mais un photon d'énergie élevée peut déplacer un électron des couches inférieures et provoquer une ionisation multiple.

3) J'éclaire un objet bleu avec une source lumineuse blanche. Chaque électron de l'objet bleu absorbe une longueur d'onde ( contenant UN SEUL photon ? ) qui lui est propre.Toutes les longueurs d'ondes sont absorbées sauf celle du bleu. C'est comme ci il y avait un rayonnement électromagnétique contenant un photon POUR CHAQUE COULEUR ?

Un rayon de lumière c'est beaucoup de photons, un objet bleu absorbe moins la couleur bleue. Vous ne pouvez pas identifier un photon par couleur.

4) 3LI^2+ et 2HE^+ ont qu'un seul électron . Comment on le sait ça .. ?

Le lithium neutre a 3 électrons eu tout, donc s'il est ionisé deux fois, il ne lui en reste qu'un.
L'hélium neutre n'a que deux électrons.

5) L'énergie d'un photon est E =hv avec v fréquence de la radiation émise par le photon

et j'ai vu ( si j'ai bien compris ) que l'énergie pour l'atome d'hydrogène ( donc moi même je ne comprends pas ma phrase, est-ce l'énergie du photo libérée par l'atome d'hydrogène .. ? )est : En = -13,6 / n² . D'où ça sort .. ?

Parce que 13,6 eV est l'énergie d'ionisation de l'hydrogène dans son état stable. Cette formule correspond à la formule en en question 8.

6) On éclaire une plaque de zinc qui initialement est chargée négativement ( cela veut donc dire que l'atome a des électrons en trop, c'est un ion ). Que va-t-il se passer ? La lumière blanche va "sortir" les électrons en trop du zinc pour que l'élément devienne stable .. ?
Si le zinc a 2 électrons en trop , il faut sortir les 2 électrons ... ?
. Si l'électron absorbe un photon & que l'énergie du photon est égale au travail de sortie de l'électron alors l'électron peut-être expulsé du métal ... Ce sont obligatoirement les électrons situés sur des couches orbitales éloignées du noyau qui sont expulsés j'imagine ... En effet, on ne peut pas expulsé d'un seul coup un électron situé sur une couche près du noyau ( à n = 1 par exemple) ?

Si l'énergie est suffisante, il est possible d'expulser un électron de n'importe quelle couche.

Quand on parle d'énergie de ionisation , ce sont tous les électrons qui sont expulsés de l'atome ou seulement un seul ?

Un seul à la fois si possible. Mais l'expulsion d'un électron des couches profondes peut provoquer d'autre ionisations.

J'ai vu que l'énergie de ionisation s'appliquait seulement aux systèmes monoélectriques ou hydrogénoides ... Pourquoi ?

Non, tous les éléments peuvent être ionisés. Il faut moins d'énergie pour les atomes hydrogénoïdes.

7 ) Bohr étudia l'atome d'hydrogène.L'unique électron se déplace sur une orbite circulaire centrée sur le noyau qui est supposé immobile. Le système est stable.
L'électron est soumis à une force . F = m.a ici a = V²/r où V est la vitesse de l'électron.
La force est la force électrostatique de Coulomb.
f = (1/ 4pi*E0 ) * (( Q.Q') / r² ) avec q= +e et q'= -e j'apprends cette formule bêtement .. ?

On a f = -e² / 4pi*E0*r²

Mais j'ai vu sur un autre site que c'était E = -e² / 8pi*E0*r

Ces formules sont de la mécanique classique, non quantique, elles ne sont pas applicables aux atomes, il s'agit de l'approximation de Bohr.
La dernière formule est fausse, elle devrait indiquer l'énergie, mais le coefficient est inexact.

8) la longueur d'onde de n'importe quelle particule ( electron, proton , photon ) est h/p avec h constante de plank et p quantité du mouvement (je vois pas ce que c'est ça par contre .. )

Formule correcte, la quantité de mouvement est le produit masse x vitesse pour les vitesses petites par rapport à la lumière. Sinon il y a un coefficient correctif

je viens de trouver cette formule dans mon cours , c'est l'énergie pour un ion hydrogénoide ( je ne suis pas capable d'identifier des ions hydrogénoides ... )
E = -me^4 * Z² / 8E0²*h²*n²

C'est un atome fortement ionisé qui ne comporte plus qu'un seul électron, mais vous pouvez l'appliquer à l'hydrogène pour retrouver l'énergie citée en 5)
Bonsoir

[Nicophil]

Bonsoir,

1) J'ai lu aussi que le champ magnétique était émis par un courant électrique constant ...

2) Tous les photons émis par une source lumineuse ne possèdent pas la même énergie ... ?

4) 3LI^2+ et 2HE^+ ont qu'un seul électron . Comment on le sait ça .. ?

5) L'énergie d'un photon est E =hv avec v fréquence de la radiation émise par le photon

et j'ai vu ( si j'ai bien compris ) que l'énergie pour l'atome d'hydrogène ( donc moi même je ne comprends pas ma phrase, est-ce l'énergie du photon libéré par l'atome d'hydrogène .. ? )est : En = -13,6 / n² . D'où ça sort .. ?

6) J'ai vu que l'énergie de ionisation s'appliquait seulement aux systèmes monoélectriques ou hydrogénoides ... Pourquoi ?

7) La force est la force électrostatique de Coulomb.
f = (1/ 4pi*E0 ) * (( Q.Q') / r² ) avec q= +e et q'= -e j'apprends cette formule bêtement .. ?

1) Un courant constant crée un champ "magnétostatique".

2) Tous les électrons ont une charge de 1,6.10^-19 C mais l'énergie d'un photon est proportionnelle à sa fréquence.

4) Il suffit de connaître le nombre atomique de l'élément.

5) Attention: le photon est l'excitation qui se propage dans le champ. C'est par un électron que cette radiation est émise.

Les deux énergies se valent. Cette formule permit d'expliquer les spectres d'émission et d'absorption qu'on observait.

6) La formule est simple mais elle ne marche que quand il y a un seul électron.

7) C'est de l'électrostatique la plus basique: c'est la définition même de la loi de Coulomb! Et a = v²/r très basique aussi, c'est ça qui est génial!

[gatsu]

Les électrons ne sont pas déplacés simultanément, mais un photon d'énergie élevée peut déplacer un électron des couches inférieures et provoquer une ionisation multiple.

Salut,

Sauf erreur, dans un atome polyélectronique, les niveaux d'énergie atomiques sont associés à des combinaisons linéaires des états électroniques individuels. Passer d'un état d'énergie à un autre pour un tel atome mobilise donc en principe plus d'un électron non ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[phys4]

Salut,
Sauf erreur, dans un atome polyélectronique, les niveaux d'énergie atomiques sont associés à des combinaisons linéaires des états électroniques individuels. Passer d'un état d'énergie à un autre pour un tel atome mobilise donc en principe plus d'un électron non ?

Des changements d'état peuvent mettre en jeu un ou plusieurs électrons.
Exemple simple pour un seul électron : un photon X correspondant à l'énergie d'ionisation d'un couche profonde interagit un atome lourd. Un électron de cette couche est éjecté, l'état obtenu n'est pas stable et crée une avalanche qui fera descendre un à un des électrons des couches supérieures jusque la couche externe.
Si c'est un photon UV dont l'énergie correspond à la couche externe, alors seul un électron de la couche externe sera éjecté, sans action sur les autres.

[gatsu]

Des changements d'état peuvent mettre en jeu un ou plusieurs électrons.
Exemple simple pour un seul électron : un photon X correspondant à l'énergie d'ionisation d'un couche profonde interagit un atome lourd. Un électron de cette couche est éjecté, l'état obtenu n'est pas stable et crée une avalanche qui fera descendre un à un des électrons des couches supérieures jusque la couche externe.
Si c'est un photon UV dont l'énergie correspond à la couche externe, alors seul un électron de la couche externe sera éjecté, sans action sur les autres.

Je parlais de façon plus générale a priori. Dans la question originale de Juliette16 à laquelle tu as répondue, il n'est pas uniquement question de ionisation mais simplement de transition d'un niveau d'énergie à un autre.

[Juliette16]

JE vous remercie pour vos réponses

. Si je veux calculer le niveau d'énergie pour un hydrogénoide ( donc c'est bien l'énergie qu'il faut à l'atome pour qu'il puisse libérer un photon ? ) J'ai trouvé sur un site que c'était l'énergie de l'électron ... :/


En = ( -Rh*h*c*z² ) / n² avec Rh constante de Rydbergh , h constante de planck ,c vitesse de la lumière , Z numéro atomique de l'atome, n le niveau sur lequel se situe l'électron

Ou plus simple, j'utilise En = -13,6.Z² / n²


Sinon j'ai noté ça, je sais pas trop si c'est bon et à quoi ça correspond ...

" Les électrons d'un atome peuvent occuper différents niveaux d'énergie. les niveaux d'énergie de l'électron de l'hydrogène se calculent par l'équation de Rydberg : En = (-2,18*10^-18) / n² "
cette formule c'est pour savoir sur quelle couche électronique sont les électrons ? ( n= 1 ou n =2 ... ) ?

J'ai l'impression d'avoir pleins de formules mais qui signifient la même chose

En =( -Rh*h*c*Z² ) / n² = -13,6*Z² / n² = (-me^4 * Z² ) / eE0²h²*n²

5) Attention: le photon est l'excitation qui se propage dans le champ. C'est par un électron que cette radiation est émise.

J'allume ma lampe . Ce sont les électrons qui émettent les particules photons de la lumière ? Et si cette lumière éclaire un atome de zinc , un électron ( ou plusieurs .. ? ) vont absorber un/ des photons de la lumière ...


la charge d'un noyau d'hydrogène c'est bien 1 ?

Sinon, si j'ai une énergie en J , pour passer en Ev, je divise' toujours par la charge de l'électron ( 1,602.10^-19 C ) ?



Dans mon poly, je ne comprends pas un calcul ( en gras) ...

Le système excité rend son énergie sous forme de rayonnement car Ep-En =hv =hc/lambda OK avec c célérité, lambda longueur d'onde
Soit Vbar = 1 / lambda = V /c
= (me^4)/(8*E0²*h^3*c ) ( 1/n² - 1/p² )
Cette expression correspond aux équations empiriques établies par Balmer ( dans le cas où n =2 ) et RITZ


LA formule de Ritz permet de calculer les longueurs d'ondes des raies observées dans le cas du spectre d'émission d'hydrogène. Pour les spectres d'absorption ça ne marche pas ?


Spectre d'absorption : raies noires correspond aux longueurs d'onde absorbées sur fond coloré. Les longueurs d'onde non absorbées deviennent quoi ?
Spectre d'émission : Fond noir, raies colorées correspond aux longueurs d'ondes émises


Si je prends un exo dans mon TD

" Calculer la vitesse et la longueur d'onde associée à un proton d'énergie cinétique 1 Mev ( on ne tiendra pas compte des corrections de relativité ) "

1Mev = 1,6.10^-13 J
Je ne peux pas utliser c = V*lamba avec c célérité, lambda longueur d'onde , et v fréquence car je ne connais pas lambda ...

[phys4]

Ou plus simple, j'utilise En = -13,6.Z² / n²

Sinon j'ai noté ça, je sais pas trop si c'est bon et à quoi ça correspond ...
" Les électrons d'un atome peuvent occuper différents niveaux d'énergie. les niveaux d'énergie de l'électron de l'hydrogène se calculent par l'équation de Rydberg : En = (-2,18*10^-18) / n² "
cette formule c'est pour savoir sur quelle couche électronique sont les électrons ? ( n= 1 ou n =2 ... ) ?
J'ai l'impression d'avoir pleins de formules mais qui signifient la même chose

En =( -Rh*h*c*Z² ) / n² = -13,6*Z² / n² = (-me^4 * Z² ) / eE0²h²*n²

En effet toutes ces formules représentent la même chose, il suffit de prendre la bonne unité pour chacune.

J'allume ma lampe . Ce sont les électrons qui émettent les particules photons de la lumière ? Et si cette lumière éclaire un atome de zinc , un électron ( ou plusieurs .. ? ) vont absorber un/ des photons de la lumière ...

En définitive, l'énergie est passée d'un électron à un autre, en passant par l'intermédiaire de la lumière.

la charge d'un noyau d'hydrogène c'est bien 1 ?
Sinon, si j'ai une énergie en J , pour passer en Ev, je divise' toujours par la charge de l'électron ( 1,602.10^-19 C ) ?

Il n'y a pas d'erreur.

Dans mon poly, je ne comprends pas un calcul ( en gras) ...
Le système excité rend son énergie sous forme de rayonnement car Ep-En =hv =hc/lambda OK avec c célérité, lambda longueur d'onde
Soit Vbar = 1 / lambda = V /c
= (me^4)/(8*E0²*h^3*c ) ( 1/n² - 1/p² )
Cette expression correspond aux équations empiriques établies par Balmer ( dans le cas où n =2 ) et RITZ

Vous retrouvez la même formule qu'au dessus, la différence d'énergie entre deux niveaux "n" et "p" est la différence des inverses des carrés des numéros.

LA formule de Ritz permet de calculer les longueurs d'ondes des raies observées dans le cas du spectre d'émission d'hydrogène. Pour les spectres d'absorption ça ne marche pas ?

Cela fonctionne dans les deux sens pour les raies brillantes et les raies noires.

Si je prends un exo dans mon TD
" Calculer la vitesse et la longueur d'onde associée à un proton d'énergie cinétique 1 Mev ( on ne tiendra pas compte des corrections de relativité ) "
1Mev = 1,6.10^-13 J
Je ne peux pas utliser c = V*lamba avec c célérité, lambda longueur d'onde , et v fréquence car je ne connais pas lambda ...

Il n' s'agit pas d'un photon, mais d'un proton qui a une masse élevée par rapport à l'énergie donnée, il suffit donc d'utiliser l'énergie cinétique classique E = 1/2 m v²

[Juliette16]

Bonjour

Juste une question ; ( je poste ici pour éviter de créer un autre topic et cela rentre dans les notions d'atomistique ... )

Pourquoi l'énergie de ionisation diminue quand Z augmente dans un groupe ?

Je suis d'accord que l'énergie de ionisation augmente quand z augmente dans une période ( car la charge Z augmente, ce qui augmente également l'attraction électronique du noyau, il faut donc une énergie plus forte pour extraire un électron .

Ah ... J'ai peut-être réponse à ma question ... Dans un groupe, plus Z augmente, plus il y a de couches ( en effet, on passe de n = 1 à n = 7 ) . Or, il est plus facile d'extraire un électron sur une couche à n=7 qu'à n = 2 ... ?

Je fais un peu question/réponse mais si quelqu'un à un avis