Les atomes et les molécules présentent un comportement très intéressant lorsqu’ils absorbent et libèrent de l’énergie. Les électrons d’un atome existent traditionnellement à leur état d’énergie le plus bas, appelé état fondamental, et étiqueté comme n égal à un. Cependant, lorsqu’un atome absorbe de l’énergie, les électrons deviennent excités et se déplacent vers un niveau d’énergie plus élevé. Lorsque les électrons se détendent jusqu’à un état d’énergie inférieur ou à l’état fondamental, l’énergie excédentaire est libérée sous forme de lumière émise.
Vous connaissez peut-être ces états d’énergie, car ils sont décrits dans le modèle de Bohr, qui décrit un atome comme un noyau avec des électrons en orbite dans des couches ou des orbitales. Ces coquilles sont les mêmes que les niveaux d’énergie et sont étiquetées par n. La longueur d’onde de la lumière émise dépend de la différence entre les niveaux d’énergie élevés et faibles. La lumière émise à haute énergie résulte de la relaxation des électrons à partir d’un niveau d’énergie plus élevé, et la lumière émise à faible énergie résulte de la relaxation des électrons à partir d’un niveau d’énergie inférieur.
Source : Smaa Koraym de l’Université Johns Hopkins, MD, États-Unis
Raies d’émission spectrale d’hydrogène, d’hélium et de néon
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.
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.