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Chapitre 1 Exercices : autour des spectres d'émission et d'absorption données numériques pour l'ensemble des exercices • Constante de Planck : h = 6,63.10-34 J.s • Célérité de la lumière : 3,00.108 m.s-1 • Constante d'Avogadro : N = 6,02.1023 mol-1 • 1 eV correspond à 1,6.10-19 J Exercice1:fluxdephotonsEntronsdansunepièce,etallumonslalumière.Supposonsparexemplequel'ampouleémette25Jdelumièrejaune(λ=580nm)en1s.1) Quelleestl'énergied'unphotondelumièrejaune?2) Combiendephotonslalampeémet-elleparseconde?Exercice2:àproposdelasériedeBalmerduspectred'émissiondel'atomed'hydrogèneConsidérantqueledomainevisibleduspectreélectromagnétiques'étendde400à800nm,combienderaiesdelasériedeBALMERappartiennentaudomainevisible?Quellessontleurscouleursrespectives?(OnrappellequelasériedeBALMERconcernedestransitionsversleniveaun=2).Exercice3:niveaud'énergiedansl'atomed'aluminium1) Ecrirelaconfigurationélectroniquedel'atomed'aluminium(Z=13)danssonétatfondamental.Représenterlediagrammed'énergie.
2) Quandl'électron externepasseduniveau4sàson niveaufondamental,une radiationdelongueurd'onde 395nmest émise.CalculerenJ,puis eneV,ladifférenced'énergieentrecesdeuxniveaux.3) Parpassage duniveau3dauniveau fondament al,uneradiationde longueur d'onde310nmestémise.Représentersurundiagrammelesniveauxd'énergiedesOA3p,3det4s.Exercice4:lasériedeHumphreysLasériede"Humphreys"estunautregroupe deraiesdu spectre del'hydrogèneatomique,correspondantàl avaleurdunombrequantiqueprincipalnquenousrecherchonsici.Cettesériecommenceà12368nm.1) Montrerquecelacorrespondàn=6.2) Versquellelongueurd'ondelimitetendentleslongueursd'ondedesdifférentesradiationsémisesmettantenjeuunretourversleniveau=6?Exercice5:identificationd'uneradiation1) Identifieràquelletransitionappartient larad iationentourée surlespectred'émissiondel'atomeHci-dessous:2)Chaquesériequiporteunnomcorrespondàunedésexcitationversleniveaun.Vérifierque(λlimite)/n2=constante.Justifiercetteobservation.Exercice6:spectroscopied'émissiondel'atomed'hydrogèneDesnuagespeudensesd'atomespeuventsetrouverdanslemilieuinterstellaire.L'analysespectraledelalumièrequiat raversé detelsnua gespeutnousren seignersur leurcompositioncarchaqueélémentaunspectred'absorptioncaractéristique.Unnuage peudensed'atomes d'hydrogène estéclairépar unrayonnementUVpolychromatiquecontinu,quirenfermetoutesleslongueursd'ondedansunintervalledelongueurd'ondeλ∈[96;100nm].
L'analysedurayonnementissudelatraverséedecenuagemontreuneforteabsorptiond'uneuniquelongu eurd'ondedurayonn ementd'origine,alorsque lerestedel'intervallespectraln'apassubid'absorption.1) Déterminerquellelongueurd'ondeaétéabsorbéeparlesatomesd'hydrogène.2) Dansquelniveaud'énergiensetrouventlesatomesd'hydrogèneainsiexcités?Quelleestladégénérescencedeceniveau,c'estàdirelenombredetriplets(ouétatsquantiques){n,l,ml}possibles?3) Quellessontleslongueursd'ondedesdifférentesradiationsquepeuventémettrecesatomeslorsqu'ilssedésexcitent?Données:ConstantedePlanck:h=6,626.10-34J.sVitessedelalumièredanslevide:c=2,998.108m.s-1Chargeélémentaire:e=1,602.10-19CEnergied'ionisationdeH:EI=13,60eVNiveauxd'énergiedel'atomeH:E(n)=-13,60/n2eneVExercice7:TravauxdeMoseleyLorsqu'unatomeestbombardéparunfaisceaud'électronsaccélérés,ilémetdesondesélectromagnétiquesappelésrayonsX.Danslespectreobtenu,laraielaplusintenseestnomméeraieKα.Cetteraies'observeaprèsl'éjectionàl'infinid'unélectrondelacoucheKdel'atome.Cetteéjectionestaussitôtcombléeparletransfertd'unélectrondelacoucheLàlacoucheLquis'accompagnedel'émissiond'unphotonX,émissionaussiappeléefluorescenceX.LaloiempiriquedeMoseleyétablieen1913rendcomptedelapositiondesraiesdesraiesKαobservéesdanslespectredefluorescenceXdedifférentsélémentsdenuméroatomiqueZ.Loi empirique de Moseley 1/(×1,07.10!)= !!.(Z-1)λétantexpriméeenmL'analysed'unobjetmétalliqueparfluorescenceXrévèlelaprésenced'uneraieKαà228,5pm.1) AquelnombrequantiqueestassociélacoucheK?LacoucheL?2) Déterminerlenuméroatomiqueet lenomde l'élémentrespons abledecetteémission.
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