2.2. Étude du spectre du mercure. Le diagramme ci-dessous représente quelques niveaux d'énergie de l'atome de mercure.

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1 Exercice n 1 : extrait du sujet de bac juin 2004 Principe de fonctionnement d'un tube fluorescent. Le tube fluorescent étudié est constitué d'un cylindre de verre qui contient un gaz à basse pression. La paroi intérieure du cylindre est recouverte d'une poudre fluorescente. Lorsque le tube est mis sous tension, une décharge électrique se produit: des électrons circulent dans le gaz entre les deux électrodes. Les électrons bombardent les atomes gazeux et leur cèdent de l'énergie. Le schéma simplifié du circuit est donné ci-dessous : G électrode poudre fluorescente paroi du tube 2.1. On donne en annexe les spectres, dans le visible, des lumières émises par deux tubes fluorescents et deux lampes (une lampe à vapeur de mercure et une lampe à vapeur de sodium) vendus dans le commerce. Quel est le gaz contenu dans les tubes 1 et 2? Justifier Étude du spectre du mercure. Le diagramme ci-dessous représente quelques niveaux d'énergie de l'atome de mercure. Énergie en ev 0 0,90 E 4 3,73 4,99 5,54 E 3 E 2 E 1 10,44 E Comment désigne-t-on le niveau le plus bas E 0 sur le diagramme énergétique? Un électron cède une partie de son énergie à un atome de mercure. L'énergie de celui-ci passe du niveau E 0 au niveau E 1. Comment qualifie-t-on l'état dans lequel se trouve alors l'atome de mercure? Retour vers E 0. Lors de la transition du niveau E 1 vers le niveau E 0, l'atome de mercure perd un quantum d'énergie. On donne : - la valeur de la constante de Planck: h = 6, S.I. ;

2 - la valeur de la célérité de la lumière dans le vide : c = 3,00 l0 8 m.s 1. On rappelle que : 1 ev = 1, J a. Comment se manifeste cette perte d'énergie? b. Calculer la longueur d'onde correspondante dans le vide c. Après avoir rappelé les limites des longueurs d'onde dans le vide du spectre visible, dire dans quel domaine, ultra-violet (U.V.), visible ou infra-rouge (I.R.), se situe la radiation de longueur d'onde 2.3. Des U.V. à la lumière visible Pour que la poudre produise de la lumière visible, elle doit être soumise à un rayonnement dont la longueur d'onde est comprise entre 200 nm et 300 nm. Elle émet alors de la lumière dont le spectre est continu. La vapeur de mercure contenue dans le tube permet-elle à la poudre déposée sur les parois du tube d'émettre de la lumière visible? Justifier Un éclairage confortable pour la restitution des couleurs correspond à de la lumière dont le spectre est continu et se rapproche de celui de la lumière solaire. En comparant soit les spectres des figures 2 et 3, soit les spectres des figures 1 et 3, donnés en annexe, indiquer le rôle des poudres En comparant les spectres des figures 1 et 2, montrer que la nature de la poudre a une influence sur la couleur de la lumière émise.

3 Spectres à utiliser pour l exercice n 1 Ces représentations sont limitées aux rayonnements visibles

4 Exercice n 2: extrait du sujet de bac 2007: le sujet devait être traité sans calculatrice! Découverte historique d un nouvel élément chimique Lors de l éclipse totale du Soleil du 18 août 1868, le français Pierre Janssen et le britannique Norman Lockyer ont analysé le spectre de la couronne solaire et ont remarqué qu il présentait une raie brillante dans le jaune très proche de celle du sodium. N. Lockyer a émis l hypothèse que cette raie était due à un nouvel élément qu il baptisa hélium (du grec hélios qui signifie Soleil). Ce n est que vingt-sept ans plus tard que cet élément chimique fut identifié sur Terre. Données : Célérité de la lumière dans le vide : m.s 1 Constante de Planck : h = 6, J.s 1 ev = 1, J Longueur d onde de la raie D du sodium dans le vide : λ Na = 589,0 nm. Longueur d onde de la raie jaune de l hélium dans le vide : λ He = 587,6 nm. Aide au calcul 1. Spectre d énergie 1.1. Illustrer, en s aidant d un schéma de niveaux d énergie d un atome, le phénomène d émission d un photon (quantum d énergie lumineuse) On note E l énergie du photon émis lors d une transition énergétique d un atome. Donner l expression littérale de E en fonction de la longueur d onde λ de la radiation lumineuse émise dans le vide, de la constante de Planck h et de la célérité de la lumière dans le vide c Raie D du sodium Calculer la valeur de E en électronvolts, pour le rayonnement correspondant à la raie D du sodium Déterminer, en s aidant de la figure 2, à quelle transition correspond cette émission L énergie du photon correspondant à l émission de la raie jaune de l hélium (de longueur d onde λ He ) est égale à 2,110 ev. En s aidant de la figure 2, justifier que cette émission ne peut pas être attribuée au sodium.

5 figure 2

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