Lampe au sodium. Concours itpe 2014


On analyse au moyen d'un spectroscope, la lumière émise par une lampe à vapeur de sodium. Le spectre est constittué de raies.
Pourquoi ce spectre est-il appelé " spectre d'émission" ?
L'atome de sodium dans un état excité libère de l'énergie en émettant un photon et revient à un état de moindre énergie.
Interpréter la discontinuité du spectre.
Les énergies d'un atome sont quantifiées, seul un petit nombre de valeurs est possible.
On donne l'énergie d'ionisation du sodium E = 495 kJ/mol.
Déterminer l'énergie d'ionisation d'un atome de sodium en eV. En déduire l'énergie de l'état fondamental de cet atome.
E / NA =495 103 /(6,02 1023) = 8,22 10-19 J.
Puis
8,22 10-19 / (1,6 10-19) =5,14 eV.
Energie de l'état fondamental : -5,14 eV.

La raie la plus intense est celle correspondant à la transition entre le niveau d'énergie 2 et le niveau fondamental.
 
  Montrer que cette transition émet une radiation de fréquence f = 5,10 1014 Hz.
E2-E1 = -3,03 -(-5,14) =2,11 eV ou 2,11*1,6 10-19 =3,38 10-19 J.
f = (
E2-E1) / h = 3,38 10-19 /(6,63 10-34) =5,09 1014 Hz.
En déduire sa longueur d'onde l.
l = c/f =3,00 108 /(5,09 1014) =5,89 10-7 m = 589 nm.



A quel domaine des ondes électromagnétiques ce rayonnement appartient-il ?
Cette longueur d'onde étant comprise entre 400 nm et 800 nm, ce rayonnement appartient au domaine visible.
Lorsque l'atome de sodium est en état d'énergie  4, quels photons est-il capable d'absorber d'après le diagramme ci-dessus ? Indiquer leurs énergies en eV.
Passage du niveau 4 au niveau 5 : photon d'énergie 1,51-1,38 = 0,13 eV.
Passage du niveau 4 au niveau 6 : photon d'énergie : 1,51-0,86 = 0,65 eV.
Ionisation de l'atome : photons d'énergie supérieure à 1,51 eV.

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Calculer la longueur d'onde du photon de plus petite énergie de la question préédente.
l = h c /(E5-E4) =6,63 10-34 *3,00 108 /(0,13 *1,60 10-19)=9,56 10-6 m.
A quel domaine des ondes électromagnétiques appartient-il ?
Valeur supérieure à 800 nm, longueur d'onde du proche infrarouge.





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