Série Balmer

Source : Smaa Koraym de l’Université Johns Hopkins, MD, États-Unis

1. Raies d’émission spectrale d’hydrogène, d’hélium et de néonExpand

   Dans cette expérience, vous utiliserez un spectrophotomètre pour mesurer les longueurs d’onde distinctes de la lumière émise dans le domaine UV et visible par relaxation électronique dans l’hydrogène, l’hélium et le néon. Avant de commencer le laboratoire, faites un tableau dans votre cahier de laboratoire pour les éléments que vous allez analyser, la couleur de la lumière que vous observez à partir des lampes et les longueurs d’onde enregistrées.

   Tableau 1 : Longueurs d’onde d’émission

   Éléments	Couleur	Longueurs d’onde distinctes, λ (nm)
   H
   Il
   Ne

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   • Tout d’abord, enfile une blouse de laboratoire, des lunettes de sécurité et des gants en nitrile. Nous suggérons aux élèves de travailler en binôme pour cette expérience.
   • Allumez un spectrophotomètre portable et créez un nouveau fichier pour le spectre d’émission d’hydrogène. Configurez le spectrophotomètre pour mesurer l’intensité d’émission avec un temps d’échantillonnage de 200 ms, sans calcul de la moyenne de l’échantillon.
   • Lorsque l’instructeur vous appelle, approchez le spectrophotomètre de la lampe à hydrogène. L’étudiant qui tient le capteur doit se rapprocher de la lampe, et l’autre doit être prêt à commencer l’acquisition du spectrophotomètre.
   • Lorsque l’instructeur allume la lampe, tenez le capteur au centre de la lampe et commencez à afficher le spectre. note: Capturez le spectre dès qu’il est clair et qu’il présente un bruit minimal, car la lampe ne peut pas être laissée allumée pendant plus de 30 s à la fois.
   • Enregistrez le spectre de l’hydrogène. Mettez en place une autre expérience en utilisant les mêmes paramètres et acquérez le spectre de l’hélium. Acquérez un spectre de néons de la même manière.
   • Exportez vos données enregistrées, éteignez le spectrophotomètre et rangez-le.
2. Results
   Configure la formule de Rydberg pour calculer les longueurs d’onde de la série de Balmer. Remarque : n_initial est le numéro du niveau d’énergie où l’électron excité commence, et n_final est le niveau d’énergie auquel l’électron se détend. Réglez n_final sur 2.

   Tableau 2 : Fréquence et énergie pour chaque longueur d’onde

   Constante de Rydberg (m-1)	1.098 × 107
   C (m/s)	2.998 × 108
   h (J·s)	6.626 × 10-34
   ni → nf	λcalculé (nm)	λmesuré (nm)	v (THz)	E (eV)
   7 → 2
   6 → 2
   5 → 2
   4 → 2
   3 → 2

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   Trouvez la longueur d’onde de la lumière émise par un électron se relaxant du niveau 3 au niveau 2. Remplissez la constante de Rydberg pour R_H et résolvez pour 1/λ. note: L’inverse de cette valeur est la longueur d’onde, qui peut être convertie en nm.
   Calcule les transitions des niveaux d’énergie 4, 5, 6 et 7 de la même manière. note: Vous devriez voir une bonne correspondance entre vos données et vos calculs.
   Pour chaque longueur d'onde, calculez la fréquence en THz et l'énergie en eV à l'aide des équations suivantes, où c est la vitesse de la lumière et h est la constante de Planck.

   • 

   Regardez les énergies calculées. Vous devriez voir une tendance à l’écart énergétique augmenter de moins en moins à chaque niveau d’énergie ajouté. Cela se reflète dans l’espacement des pics dans le spectre d’émission d’hydrogène. L’hélium et le néon partagent cette tendance à l’espacement des niveaux d’énergie.

   À partir du spectre de l’hélium, l’ajout d’un électron supplémentaire rend la série spectrale plus difficile à calculer et à identifier. C’est encore plus évident dans le néon, qui a huit électrons de plus que l’hélium.