Physique Chimie en seconde
Les spectres d'émission et d'absorption
1. Un spectre c'est quoi ?
Nous en voyons de temps en temps en levant les yeux. Ce sont les
arcs-en-ciel.
Lorsque la lumière blanche du soleil traverse des gouttes de pluie, un phénomène
nommée "réfraction", décompose la lumière en une multitude de couleurs qui vont du rouge
au violet.
Ce phénomène est aussi observable lorsque la lumière du soleil traverse les cristaux d'un lustre, et se
projette sur le sol.
En laboratoire nous obtenons facilement la décomposition de la lumière avec un prisme, ou
un réseau. le réseau est une surface transparente sur laquelle on a tracé de fines rayures
invisible à l'oeil nu : environ 500 par millimètre).
Un spectre est l'ensemble des radiations colorées obtenu par décomposition de la lumière.
2. Spectre d'émission
Tout corps chauffé à une température suffisante émet de la lumière. La décomposition de cette lumière nous donne le spectre.
2.1. Spectre d'émission continu (d'origine thermique)
Grâce à une résistance variable, nous faisons varier le courant électrique, donc la température du filament de la lampe. Les spectres obtenus lors de cette expérience sont représentés ci-dessous :
La température du filament est faible. Le spectre est incomplet.
La température du filament est élevée. Le spectre est complet.
Un corps chaud émet un rayonnement continu qui s'enrichit en couleurs vers le violet quand la température de ce corps augmente.
2.2. Spectre d'émission de raies
Les lampes qui éclairent nos rues la nuit émettent une lumière de couleur orange.
Cette lumière provient d'un gaz : "le sodium", qui est porté à haute température.
Le spectre de la lampe à vapeur de sodium contient des raies lumineuses qui correspondent
à des radiations.
Plus généralement, le chauffage à haute température d'un élément chimique se transformant en vapeur,
donne un spectre pouvant contenir une ou plusieurs raies.
Ces raies sont la signature de l'élément chimique et permettent donc son identification.
Un gaz porté à haute température émet une lumière dont le spectre est discontinu. C'est un spectre d'émission de raies qui permet l'identification de l'élément chimique.
Exemple de spectre d'émission du "mercure". Cet élément chimique est utilisé dans les lampes émettant une lumière bleutée. Remarquez les différences entre ce spectre et celui du sodium.
3. Spectre d'absorption
3.1. Spectre d'absorption de solution colorée
Sur le trajet d'une lumière blanche, nous plaçons une solution violette de permanganate de potassium.
Un réseau nous permet ensuite d'obtenir le spectre de la lumière ayant traversé la solution.
Nous constatons la disparition d'une partie du spectre (couleur centrale verte).
La solution de permanganate de potassium a donc absorbé une partie des radiations lumineuses.
Le spectre obtenu se nomme : spectre d'absorption.
3.2. Spectre d'absorption de raies
Lorsque de la lumière traverse un gaz froid, l'élément chimique qui constitue le gaz absorbe les mêmes raies qu'il émettait lorsqu'il était chaud. Le spectre obtenu est donc celui de la lumière qui a traversé le gaz, et dans lequel apparaîtrons des raies noires (absence de radiation).
Un spectre d'absorption est un spectre continu dans lequel il manque des raies ou des bandes qui ont été absorbée par un élément chimique.
Pour un même élément chimique, les raies d'émissions et d'absorption correspondent aux mêmes emplacements.