Seconde > Physique-Chimie > Ondes et signaux > Dispersion et réfraction de la lumière

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Spectres, raies d'émission et d'absorption

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Spectres, raies d'émission et d'absorption

 

I. Spectre d’émission

 

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Pour observer un spectre, dans un premier temps, il faut un corps solide, liquide ou gazeux que l'on va chauffer (un corps incandescent) et qui va émettre de la lumière. Après avoir fait passer la lumière émise à travers une fente, la lumière restante va traverser un prisme (un élément qui va disperser les différentes longueurs d’ondes).

Dans cet exemple, on observe trois raies colorées en sortie du prisme, qui correspondent au spectre de la lumière issue de la source. C’est ce qu’on appelle un spectre d’émission.

En fonction de l’objet qui produit la lumière, on distingue deux cas :

- Si c’est un corps chaud (solide, liquide ou un gaz très comprimé), par exemple une étoile qui est un gaz extrêmement chaud et comprimé, alors le spectre est continu. Cela signifie que toutes les couleurs seront présentes, à l’exception de certaines. Pour avoir un spectre continu, il faut avoir l’ensemble des couleurs (rouge, jaune, vert, bleu, violet, etc.) mais plus la source est chaude, plus le spectre s’enrichit en violet. Un spectre continu n’est pas composé de raies.

- Si la source de lumière est un gaz composé d’atomes simples (ou d’ions) qui sont indépendants les uns des autres (il peut y avoir plusieurs atomes différents, mais sans interactions entre eux). Dans ce cas, on observe un spectre de raies d’émission, comme vu avec le schéma. Chaque atome présent dans la source émet un certain nombre de raies et la présence de plusieurs atomes ne change rien au spectre, les raies vont se superposer.

 

II. Spectre d’absorption

 

PC_Spectres_raies_d_emission_et_d_absorption_2

 

À la différence d’un spectre d’émission, le spectre d’absorption s’intéresse à ce que la source absorbe. 

On utilise une lumière blanche qui va être en partie absorbée par le solide/liquide/gaz dont on veut le spectre, ensuite le faisceau passe par une fente, puis par un prisme qui va disperser la lumière, et on observe en sortie le spectre d’absorption.

Supposons dans un premier temps que sur le montage, il n’y a rien qui absorbe. On observe alors en sortie un spectre continu qui correspond au spectre de la lumière blanche. Mais si on interpose un corps (solide, liquide ou gaz) qui va absorber une partie de la lumière, des raies noires vont apparaître dans le spectre, correspondant aux longueurs d’onde absorbées. Les raies noires sont typique du spectre d’absorption.

Le spectre d’absorption d’un gaz sous faible pression est formé de raies noires sur un fond coloré (fond coloré qui correspond au spectre de la lumière blanche).

Si les substances chimiques étudiées sont complexes, ou sous trop haute pression, le spectre ne sera pas forcément composé de raies, mais de bandes beaucoup plus larges. Le spectre n’est alors pas vraiment exploitable.

On remarque qu’un atome donné va émettre des raies précises dans le cas du spectre d’émission, et va en absorber certaines dans le cas du spectre d’absorption. Il sera donc possible d’identifier des identités chimiques.

 

III. Identification des identités chimiques

 

La position des raies est caractéristique d’un atome ou d’un ion. On peut donc identifier un atome à partir du spectre des raies. Si on ne dispose que du spectre, on connaît la position des raies, qui sont caractéristiques d’un atome. Il existe des tables identifiant les raies des différents atomes.