Bonjour à tous
Je souhaiterais savoir si l'absorption d'un photon par une molécule donnée est :
A/ un phénomène dépendant de différents paramètres tels que la longueur d'onde du photon, l'angle d'incidence, etc... ?
Ou
B/ un phénomène indépendant de tout facteur quel qu'il soit ?
Des expériences ont-elles permis de valider la réponse A ou la réponse B ?
Merci d'avance pour vos réponses
La grossièreté et l'invective sont les armes préférées d'une pensée impuissante.
Réponse A. Ça dépend de plein de choses.
Complément : règles de sélection.
Not only is it not right, it's not even wrong!
Salut,
L'absorption dépend fortement de la longueur d'onde. C'est assez banal. On trouve facilement (par exemple ici : http://www.sciences.univ-nantes.fr/s...roprietes.html ) les sections efficaces d'absorption en fonction de la longueur d'onde. Mais de toute façon, tout le monde peut s'en rendre compte : un tissu coloré absorbe certaines couleurs et reflète les autres.
L'absorption dépend aussi de la direction de la polarisation.
C'est calculable pour des atomes et de petites molécules. C'est plus coton pour les grosses (dont la cellulose on l'aura compris) à cause des calculs très lourds.
Mais c'est par contre trivial à mesurer. Tu envoies de la lumière sur les molécules que tu veux tester et hop. Même un quidam peut le faire : utiliser différentes lumières (ampoules colorées) et comparer l'eau et une solution avec la molécule désirée. Pour la direction et la polarisation c'est un peu plus chinois car il faut orienter la molécule, le plus simple étant d'avoir une forme cristallisée.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Ok, merci ! Cependant, si un photon remplit parfaitement toutes les conditions pour se faire absorber par une certaine molécule, est-ce qu'il se fera absorber à coup sûr, ou se fera-t-il absorber selon une certaine loi de probabilités ?
La grossièreté et l'invective sont les armes préférées d'une pensée impuissante.
Le deuxième. D'ailleurs ça se voit aussi dans les courbes que je t'ai indiqué.Envoyé par andretou
Tu as une section efficace (que tu peux traduire par "intensité absorbée" ou "probabilité d'absorption") qui varie avec la longueur d'onde.
Donc : toutes ces longueurs d'onde conviennent (forcément, sinon ce serait 0) mais la probabilité d’absorption varie.
En fait la section efficace c'est en gros la probabilité d'absorption fois une constante.
Voir ici : https://fr.wikipedia.org/wiki/Section_efficace
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
J'essaie une explication "avec les mains".
Imaginons le pêcheur qui a le regard fixé sur son bouchon quand un bateau passe à proximité. Quand l'onde "émise" par le bateau va atteindre le flotteur, celui-ci va être animé de mouvement verticaux.
Le photon qui "passe" à proximité d'une molécule crée le même effet. Mais, la molécule est composée de petits ressorts. Si l'onde arrive avec le bon angle, il peut mettre ces ressorts en mouvement.
Dans une telle expérience, transposée dans notre monde macroscopique, on aurait l'intuition que les mouvements vont s'atténuer. Mais pas dans le monde atomique. Ces ressorts vont eux-mêmes interagir avec l'onde et lui faire prendre du retard (c'est le phénomène que Deedee expliquait il y a quelques jours). C'est cette interaction qui est responsable de l'indice de réfraction du milieu. Au plus les interactions sont nombreuses, au plus l'indice est élevé, au plus la lumière prend du retard et au plus on a l'impression que sa vitesse diminue.
Mais les ressorts sont en plus "quantiques". Ce qui fait que si les conditions évoquées jusqu'ici le permettent, ils peuvent osciller tellement qu'ils en vont jusqu'à "absorber" l'énergie du photon. Et donc le photon "disparaît". Le ressort étant alors en fort mouvement, il existe alors plusieurs mécanismes de relaxation. Soit, par exemple lors d'un choc avec une autre molécule, cette énergie est simplement transformée en énergie cinétique (la substance chauffe - c'est du reste ce qui se passe si on met un récipient avec de l'eau au soleil). Soit la substance réémet ce photon à la même longueur d'onde (phénomène de fluorescence), soit après un réarrangement interne, réémettre un photon moins énergétique (phosphorescence) et le reste de l'énergie chauffe également le milieu.
(je précise qu'ici, j'ai considéré qu'un électron qui saute sur une couche plus lointaine pouvait s’assimiler à un petit ressort également).
Ca nécessite un petit complément pour être court (pour préciser ce que sont les ressorts
C'est essentiellement les :
- déplacements des molécules gazeuses (mouvements de translation)
- rotations des molécules gazeuses sur elles-mêmes
- plus rarement les vibrations des molécules gazeuses (ou a plus haute température)
(gaz ou fluides en général)
- les vibrations des molécules dans les solides
- les transitions électroniques au sein des atomes ou les modifications moléculaires sont plus rares ou là aussi à haute température (sauf exceptions l'énergie pour passer de l'état fondamental au premier état excité est généralement assez grande)
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ToutaféCa nécessite un petit complément pour être court (pour préciser ce que sont les ressorts
C'est essentiellement les :
- déplacements des molécules gazeuses (mouvements de translation)
- rotations des molécules gazeuses sur elles-mêmes
- plus rarement les vibrations des molécules gazeuses (ou a plus haute température)
(gaz ou fluides en général)
- les vibrations des molécules dans les solides
- les transitions électroniques au sein des atomes ou les modifications moléculaires sont plus rares ou là aussi à haute température (sauf exceptions l'énergie pour passer de l'état fondamental au premier état excité est généralement assez grande)
Plus fondamentalement, je dirais qu'il y a "évidemment" un rapport entre la longueur d'onde "du" photon, et la taille du ressort (de l'objet) que l'onde peut mettre en résonance.
Les transitions nucléaires provoquent des photons "gamma" de très petites longueurs d'onde.
Les transitions électroniques "de coeurs" générent des rayons X, soit avec des longueurs d'onde un peu plus grande que les gamma.
Les transitions électroniques périphériques sont en lien avec des photons UV.
Les photons de la lumière visible concernent (le plus souvent) des électrons délocalisés à l'échelle de la molécule
etc.
Salut,
Tiens c'est bien vu ça cette relation entre taille des systèmes et longueurs d'ondes. Joli.
Merci Sethy
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si un photon "arrive" sur une molécule (avec les bémols qu'il faut mettre à cette représentation d'un photon comme une particule "localisée") , la probabilité d'interaction se mesure par ce qu'on appelle la "section efficace", qui représente en gros la taille "apparente" de la cible. Mais si tu raisonnes en terme de taille, tu vois que la taille des atomes et molécules (de l'ordre du nm) est par exemple bien plus petite que la longueur d'onde (qui peut être prise comme un ordre de grandeur de la "localisation" du photon) qui est de l'ordre du µm. La probabilité d'interaction d'un photon avec UNE particule est toujours très faible. Ce qui va compter, c'est la densité des particules et la longueur traversée , exactement comme une abeille isolée ne t'empêche pas de voir, mais un essaim d'abeille assez dense ET nombreux peut etre totalement opaque. La probabilité d'interaction du photon (ce qu'on appelle l'épaisseur optique) dépend donc du produit de la section efficace par la densité par la distance parcourue par le photon. C'est ça qui va déterminer la probabilité finale d"absorption. Petite épaisseur optique = milieu faiblement absorbant , grande épaisseur optique = milieu opaque.
Un autre bon exemple :
Considérons une molécule et différents photons (de différentes longueur d'onde) :
- onde radio. Le photon est tellement "étalé" qu'il a toute les chances de rater la molécule
- lumière infrarouge. Longueur d'onde typique de la taille des molécules, le photon a de bonne chance d'être absorbé excitant des états de rotation, vibration....
- lumière visible. Longueur d'onde typique des liaisons électronique ou de certaines délocalisations électroniques (typique des cycles benzéniques de nombreux colorants). Le photon a de bonnes chances d'être absorbé excitant des états électroniques.
- lumière UV, X, gamma. Longueur d'onde typique des électrons ou des noyaux. Le photon a de bonne chance d'exciter un tel état mais l'énergie étant en excès, le photon va juste être diffuser et par exemple éjecter un électron de la molécule.
Après, le diable est dans les détails. Pour que mes exemples soient justes, encore faut-il des états à exciter avec les énergies appropriées. Bien sûr, E=h.nu oblige (et donc E=h.c/longueur d'onde) les énergies sont de l'ordre des longueurs d'onde concernées, c'est pourquoi ça marche si bien. Mais ces énergies sont quantifiées et l'interaction (donnée par l'hamiltonien d'interaction) peut être fort complexe. Un exemple typique : https://slideplayer.fr/slide/1576177...arit%C3%A9.jpg
Et donc on comprend que au-delà des généralités que nous avons décrits dans ces messages, les calculs exacts (pour obtenir les courbes d'absorption/diffusion, les couleurs, ...) peuvent être un vrai cauchemar.
Un autre exemple qui me vient à l'esprit sont les neutrinos. Ceux-ci ont souvent les longueurs d'onde appropriées pour interagir avec la matière.... et pourtant ils passent souvent à travers toute la planète "comme si elle n'était pas là". Pourquoi ? Parce que l'interaction est extrêmement faible (ce n'est pas l'interaction électromagnétique mais la bien nommée interaction faible).
Encore un bon exemple mais dans l'autre sens. En physique nucléaire (réacteurs and cie) on utilise les neutrons pour provoquer la fission des atomes dans un réacteur. Mais les neutrons produits ont une longueur d'onde trop courte (énergie >>) et ils ont tendance à "rebondir" sur les noyaux (comme mes photons ci-dessus). On utilise donc un modérateur (eau, graphite.... ou une masse d'uranium/... suffisante) pour ralentir le neutron par ces chocs. Lorsqu'ils ont une longueur d'onde correcte (on parle de neutrons thermiques) il sont facilement absorbé par le noyau (et là c'est l'inverse du neutrino : l'interaction nucléaire dite forte est extrêmement.... forte, justement) et boum, l'atome explose (enfin, s'il est fissile, sinon on a juste un isotope avec un neutron de plus).
Photons/neutrons/neutrino même combat
Dernière modification par Deedee81 ; 29/08/2019 à 09h18.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Bah, c'est le genre de chose qu'on sait, qu'on oublie et qu'on redécouvre.
Parfois c'est les choses les plus évidentes (quand on maitrise un sujet) auquel on ne fait plus attention alors qu'elles peuvent s'avérer très utiles en vulgarisation
Un exemple : quand un enfant vous demande pourquoi 1+1=2, évitez de lui expliquer ça :
https://en.wikipedia.org/wiki/Princi...tica_54-43.png
Vive la simplicité
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Tout en me vantant un peu (d'accord, beaucoup), je trouve effectivement que de nombreuses interventions manquent de pédagogie. Les connaissances de la matière sont là, encore faut-il parvenir à les présenter.Parfois c'est les choses les plus évidentes (quand on maitrise un sujet) auquel on ne fait plus attention alors qu'elles peuvent s'avérer très utiles en vulgarisation
Un exemple : quand un enfant vous demande pourquoi 1+1=2, évitez de lui expliquer ça :
https://en.wikipedia.org/wiki/Princi...tica_54-43.png
Vive la simplicité
Souvent d'ailleurs, les réponses s'arrêtent à la question posée, alors qu'en réfléchissant un peu on se rend compte que le blocage de la personne est ailleurs. Je n'enseigne pas, mais j'ai quand même passé l'agrégation.
J'ajoute que la réflexion sur les motivations de la personne qui pose la question est également extrêmement importante. Il y a plusieurs intervenants ici dont on peut "en gros" inférer que leur motivation première est la réfutation de la physique. Souvent d'ailleurs parce qu'ils n'ont pas compris ce qu'était la physique. Le fait d'avoir compris qu'ils défendaient "une thèse", permet justement de trouver la bonne réponse à apporter.
Fussent-ils agaçant au dernier degré.
La pédagogie est plus qu'une science, c'est un art
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
