L étude des spectres lumineux permet d évaluer la température des astres ainsi que de connaître leur composition chimique. I Spectre d émission TP PH 5 : Spectres lumineux Poste N 1 Matériel : source lumineuse, générateur, fente, prisme, réseau. Manipulation 1 : Placer le prisme dans le faisceau de la lumière blanche de manière à obtenir son spectre. Schéma du montage : Spectre obtenu : Manipulation 2 : Remplacer le prisme par le réseau. Schéma du montage : Spectre obtenu : Quels sont les points communs et les différences de ces deux spectres? Compléter : Le prisme et le réseau sont des systèmes Ils permettent d obtenir le. Poste N 2 Matériel : source lumineuse, générateur d intensité variable, spectroscope portatif. Manipulation : Faire varier l intensité du courant qui alimente la lampe. Quelle est la couleur de la lumière émise par la lampe lorsque l intensité est faible? Plus forte? Comment varie la température du filament de la lampe lorsque l intensité du courant qui la traverse augmente? Observer l évolution du spectre obtenu à l aide du spectroscope portatif lorsque la température du filament augmente. Représenter les spectres obtenus lorsque l intensité est minimale puis maximale. TS Seconde spectroscopie Page 1 1
Quelles radiations apparaissent progressivement quand la température du filament augmente? Compléter : Lorsqu on chauffe un corps celui-ci émet un rayonnement dont le spectre est Plus la température est élevée et plus le spectre d émission s enrichit vers le Poste N 3 Matériel : lampe spectrale à vapeur de sodium, spectroscope. Les lampes spectrales contiennent des gaz qui, lorsqu ils sont portés à haute température ou lorsqu ils subissent des décharges électriques émettent de la lumière. Manipulation : Observer le spectre de la lumière émise par une lampe à vapeur de sodium. Couleur de la lumière : Spectre : Prendre vos livres p236 et observer le spectre d émission dune lampe à vapeur de mercure. Couleur de la lumière : Spectre : Comparer ces spectres à ceux de la lumière blanche. Quelles différences y a t-il? Pourquoi ces spectres sont-ils qualifiés de spectre de raie? Au regard de ces résultats expliquer la phrase : les spectres de raies sont la signature des atomes et des ions. Compléter : Le spectre d une lampe spectrale n est pas. Il est constitué de... colorées (ou.. monochromatiques). On l appelle spectre d Il constitue la carte d identité de l élément chimique. TS Seconde spectroscopie Page 2
II Spectre d absorption Poste N 4 Matériel : rétroprojecteur sur lequel on a placé deux feuilles de papier pour faire une fente, un réseau et des cuves contenant deux solutions. Manipulation : Régler le rétroprojecteur de manière à obtenir une image nette de la fente sur le tableau. Poser ensuite la cuve contenant la solution de permanganate de potassium sur la fente, puis la solution de sulfate de cuivre. Représenter les spectres observés. Spectre Référence Solution de permanganate de potassium Solution de sulfate de cuivre Que sont devenues les radiations absentes dans le spectre de la solution étudiée? Comment peut-on expliquer la couleur de la solution à partir de son spectre? Le document ci-contre représente le spectre d absorption et le spectre d émission du sodium: Voir livre p236/237 document 1 pour le dispositif expérimental. Poste N 5 Bleu Vert Jaune Orange Rouge Comparer le spectre de la lumière blanche au spectre d émission du sodium. Comparer le spectre donné par le sodium enflammé lorsque la lampe est allumée au spectre obtenu sur l écran par le sodium enflammé lorsque la lampe est éteinte. TS Seconde spectroscopie Page 3
Remplir le texte suivant en utilisant les informations précédentes et en vous aidant des renseignements du livre p 239( (3.1) Spectre de raies d absorption ). Un gaz chauffé et éclairé par de la lumière blanche.. certaines radiations. Le spectre obtenu est un spectre de d Il comporte des. noires dont les longueurs d onde sont.. à celles présentes dans le spectre d émission du même gaz. Une entité chimique ne peut donc.. que les radiations qu elle est capable d. Le gaz doit être éclairé par de la lumière contenant toutes les radiations visibles, c est à dire par de la lumière. CONCLUSION: Nous avons obtenu : - des spectres d émission parmi lesquels nous pouvons distinguer les spectres continus d émission et les spectres de raies d émission. - des spectres d absorption parmi lesquels nous pouvons distinguer les spectres de raies d absorption et les spectres de bandes d absorption. Compléter le tableau suivant en indiquant les types de spectres que vous avez observés lors des passages de postes en postes. Spectre continu d émission Spectre de raies d émission Spectre de bandes d absorption Spectre de raies d absorption POSTE N 1 POSTE N 2 POSTE N 3 POSTE N 4 POSTE N 5 TS Seconde spectroscopie Page 4
III Application à l étude d une étoile : le soleil En 1835, Auguste Comte, dans son cours de philosophie, cite nous ne saurons jamais étudier, par aucun moyen la composition chimique des étoiles. Pourtant aujourd hui nous savons que le Soleil et les étoiles sont principalement constitués d hydrogène et d hélium. Nous savons également mesurer la température à la surface de ces astres sans jamais y être allés. Comment fait-on pour déterminer la composition chimique d un astre inaccessible? Notre seul moyen est d utiliser la lumière qu ils nous envoient et d étudier leur spectre. TS Seconde spectroscopie Page 5
Matérriel Poste 1 : source lumineuse blanche à incandescence, générateur, fente, prisme, réseau Poste 2 : source lumineuse à incandescence, générateur d intensité variable, spectroscope portatif. Poste 3 :lampe spectrale à vapeur de sodium, spectroscope. Poste 4: un réseau et deux cuves contenant deux solutions sulfate de cuivre et permanganate de potassium. TS Seconde spectroscopie Page 6