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Structure atomique et lumière : guide d’étude

Idées clés

Un atome a un petit noyau de protons et de neutrons entouré d’électrons répartis en couches et en orbitales. La lumière est émise ou absorbée quand les électrons passent d’un niveau d’énergie à un autre.

  • Le numéro atomique Z est le nombre de protons. Le nombre de masse A est protons plus neutrons, donc neutrons = A − Z.
  • Les électrons remplissent des couches de capacité 2n², divisées en sous-couches s, p, d et f qui contiennent 2, 6, 10 et 14 électrons.
  • La lumière obéit à c = λν et chaque photon a E = hν. Une raie de l’hydrogène provient d’une transition n₂ → n₁, donnée par 1 ÷ λ = R(1 ÷ n₁² − 1 ÷ n₂²) avec R = 1,097 × 10⁷ m⁻¹.
  • Plus la longueur d’onde est courte, plus la fréquence et l’énergie du photon sont élevées.

Équations clés

  • c = λν
  • E = hν = hc ÷ λ
  • 1 ÷ λ = R(1 ÷ n₁² − 1 ÷ n₂²)
  • neutrons = A − Z
  • electrons in shell n: 2n²

Exemple résolu

La raie rouge de Balmer de l’hydrogène est la transition n = 3 → 2. 1 ÷ λ = 1,097 × 10⁷ × (1 ÷ 4 − 1 ÷ 9) = 1,52 × 10⁶ m⁻¹, donc λ = 656 nm. La fréquence est 3,00 × 10⁸ ÷ 656 × 10⁻⁹ = 4,57 × 10¹⁴ Hz et l’énergie du photon 1240 ÷ 656 = 1,89 eV. Autre exemple : l’uranium 235 a 235 − 92 = 143 neutrons.

Erreurs fréquentes

  • Confondre le nombre de masse avec la masse atomique du tableau périodique, qui est une moyenne sur les isotopes.
  • Mélanger nanomètres et mètres dans la formule de Rydberg.
  • Croire qu’une transition plus grande entre niveaux donne une longueur d’onde plus grande. Elle en donne une plus petite.

Pratique

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