Ce document couvre des sujets sélectionnés du niveau standard pour le cours évalué pour la première fois en 2025 ; il ne constitue pas l'intégralité du programme.
Prérequis : lire les quantités et unités indiquées, puis utiliser l'arithmétique et les conditions du modèle ci-dessous.
Les exemples sont originaux et fictifs : ils ne correspondent ni à de vraies mesures ni à de véritables enquêtes d'étudiants.
16.2
Modèles atomiques et spectres de raies
Qu'est-ce qui expliquerait cette observation ?
Un gaz excité produit des raies colorées séparées plutôt qu'un spectre continu. Ce motif constitue une preuve de différences d'énergie atomique discrètes.
Construire le modèle
Les atomes possèdent un noyau positif de petite taille et des électrons.
Les spectres d'émission et d'absorption résultent de transitions entre des niveaux d'énergie discrets.
L'énergie d'un photon est égale à la différence entre les niveaux et obéit à E = hf.
spectre d'émission : Motif d'ondes de rayonnement émis par une source.
niveau d'énergie : État énergétique autorisé dans un modèle.
Une transition descendante émet un photon dont l'énergie égale la différence de niveau : hf = E₂ − E₁
Choisir des preuves capables de le tester
Un photon émis correspond à une transition vers un niveau d'énergie inférieur.
L'absorption nécessite une différence d'énergie compatible.
La diffusion de Rutherford a soutenu l'existence d'un noyau petit et dense, mais cette expérience seule n'a pas établi le modèle quantique complet.
En laboratoire : Lire un diagramme de niveaux d'énergie étiqueté avant de calculer. Garder séparés les joules et les électronvolts et utiliser les constantes données. Comparer les spectres attribués sur une échelle de longueur d'onde commune et éviter de regarder directement des sources lumineuses dangereuses.
Travailler à partir de quantités connues
Données connues : les niveaux d'énergie sont −6.0 et −2.0 eV.
Une transition descendante libère 4.0 eV = 6.4×10⁻¹⁹ J en utilisant 1 eV = 1.6×10⁻¹⁹ J.
Avec h = 6.4×10⁻³⁴ J s pour cet exercice arrondi, la fréquence est 1.0×10¹⁵ Hz.
À vous : Les niveaux sont −7.0 et −2.0 eV. Trouver l'énergie émise lors de la transition descendante.
Vérifier la conclusion et ses limites
Les énergies négatives des états liés sont relatives à un zéro choisi ; elles ne signifient pas qu'un photon émis ait une énergie négative.
Une plus grande différence d'énergie descendante donne une fréquence plus élevée.
Faux : Une énergie d'état lié négative signifie qu'un photon émis a une énergie négative. Les énergies des niveaux sont mesurées relativement à un zéro choisi (un électron libre au repos), donc les états liés sont négatifs. L'énergie du photon est la DIFFÉRENCE positive entre les niveaux – les différences de nombres négatifs sont positives.
Clé :
Les atomes possèdent un noyau positif de petite taille et des électrons.
Un photon émis correspond à une transition vers un niveau d'énergie inférieur.
À surveiller : les énergies négatives des états liés sont relatives à un zéro choisi ; elles ne signifient pas qu'un photon émis ait une énergie négative.
Écrire à partir d'une énergie de 6 électronvolts
Les niveaux sont moins 9.0 et moins 3.0 électronvolts.
Trouver l'énergie du photon pour la transition descendante. Un niveau négatif ne rend pas l'énergie du photon négative.
Écrire à partir d'une énergie d'ionisation lue
Un niveau d'énergie se situe à −5.0 eV.
L'ionisation nécessite +5.0 eV = 8.0 × 10⁻¹⁹ J — l'énergie de liaison de l'état fondamental lue à l'envers.
Écrire à partir d'un décompte à trois niveaux
Niveaux à −5, −3 et −1 eV.
Transitions de 2, 4 et 2 eV — trois transitions mais seulement DEUX énergies photoniques distinctes : compter les transitions, puis compter les raies distinctes.
