Au programme de ce chapitre
- I. Le photon, grain d'énergie lumineuse
- II. Niveaux d'énergie quantifiés
- III. Exploiter un diagramme de niveaux d'énergie
- Savoir-faire
- Exercices types corrigés
- Teste-toi — vrai ou faux ?
- Pièges fréquents et astuces
- À retenir
La définition à retenir
Définition La lumière est constituée de photons, particules sans masse se déplaçant dans le vide à la célérité c = 3,00 × 10⁸ m·s⁻¹. Un photon associé à une radiation de fréquence ν transporte l'énergie E = h × ν, où h = 6,63 × 10⁻³⁴ J·s est la constante de Planck. Comme ν = c/λ, on écrit aussi E = h·c/λ.
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Un exemple corrigé
Exemple traité Calculons l'énergie d'un photon de la raie rouge de l'hydrogène, λ = 656 nm = 656 × 10⁻⁹ m.
ν = c/λ = 3,00 × 10⁸ / 656 × 10⁻⁹ = 4,57 × 10¹⁴ Hz.
E = h·c/λ = 6,63 × 10⁻³⁴ × 3,00 × 10⁸ / 656 × 10⁻⁹ = 1,989 × 10⁻²⁵ / 6,56 × 10⁻⁷ = 3,03 × 10⁻¹⁹ J.
En électronvolts : E = 3,03 × 10⁻¹⁹ / 1,60 × 10⁻¹⁹ = 1,89 eV.
ν = c/λ = 3,00 × 10⁸ / 656 × 10⁻⁹ = 4,57 × 10¹⁴ Hz.
E = h·c/λ = 6,63 × 10⁻³⁴ × 3,00 × 10⁸ / 656 × 10⁻⁹ = 1,989 × 10⁻²⁵ / 6,56 × 10⁻⁷ = 3,03 × 10⁻¹⁹ J.
En électronvolts : E = 3,03 × 10⁻¹⁹ / 1,60 × 10⁻¹⁹ = 1,89 eV.
Lexique
- Photon
- Grain élémentaire d'énergie lumineuse, d'énergie E = hν.
- Quantification
- Caractère discret des valeurs que peut prendre l'énergie d'une entité.
- État fondamental
- Niveau d'énergie le plus bas, donc le plus stable.
- Ionisation
- Arrachement d'un électron : l'énergie de l'atome atteint la valeur nulle.
- Électronvolt
- Unité d'énergie adaptée à l'échelle atomique : 1 eV = 1,60 × 10⁻¹⁹ J.
Les erreurs fréquentes à éviter
Piège. Absorption → l'atome MONTE en énergie ; émission → il DESCEND. Ne les inverse pas.
Attention Un photon d'énergie intermédiaire entre deux niveaux n'est pas partiellement absorbé : il n'est pas absorbé du tout. De plus, les niveaux étant négatifs, l'écart |ΔE| se calcule toujours comme la différence « niveau haut moins niveau bas », et le résultat doit être positif. Enfin, n'oubliez pas de convertir les électronvolts en joules avant d'utiliser E = h·c/λ.
L'astuce du prof
Astuce. L'énergie échangée correspond à la différence entre deux niveaux : E = h·ν.
Exercices corrigés
Cherche d'abord seul, puis ouvre la correction.
Exercice 1
Que représente E = h·ν ?
Voir la correction
L'énergie d'un photon (h = constante de Planck, ν = fréquence).
Exercice 2
Que fait un atome qui absorbe un photon ?
Voir la correction
Il passe à un niveau d'énergie supérieur (excitation).