Spectre d'absorption de la vapeur de magnésium dans l'ultra-violet proche

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Submitted on 1 Jan 1964

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Spectre d’absorption de la vapeur de magnésium dans l’ultra-violet proche

S. Vveniger

To cite this version:

S. Vveniger. Spectre d’absorption de la vapeur de magnésium dans l’ultra-violet proche. Journal de

Physique, 1964, 25 (11), pp.946-950. �10.1051/jphys:019640025011094600�. �jpa-00205898�

SPECTRE D’ABSORPTION DE LA VAPEUR DE MAGNÉSIUM DANS L’ULTRA-VIOLET PROCHE Par S. VVENIGER,

Observatoire de Paris, Meudon, Seine-et-Oise.

Résumé. 2014 On étudie l’évolution avec la température ^du spectre d’absorption ^de la vapeur ^de

magnésium, obtenue dans

four de King. ^{La raie de résonance} (1P1 2014 1S0) 2 ^{852 Å de MgI,}

s’élargit lorsque ^la température ^{croit et la}

^continue d’absorption ^{ainsi formée, s’étend entre 4 040}

et 2 660 Å, pour ^une température ^{de 1 200} °C. Pour les températures ^moins élevées, ^il apparaît

sur les deux ailes de la raie des

fluctuations » et des bandes. Celles situées du côté de grandes ^lon-

gueurs d’onde, ^très nombreuses, s’étendent entre ^{3 850 et 2 950} Å

moins, ^et présentent ^une

structure complexe. Celles du côté violet sont, ^{soit de} larges continus, soit des bandes avec des maximums fins entre 2 830 et 2 660 Å. Une interprétation théorique

^{été tentée.}

Abstract.

We study the evolution with temperature ^{of the} absorption spectrum of magne- sium vapour obtained in

King furnace. The MgI ^{resonance line} (1P1 20141S0) ^{at 2 852} Å, ^broadens

as

the temperature increases, ^{and at}

temperature ^{of 1 200 °C the} absorption continuum thus formed extend from 4 040 to 2 660 Å. For lower température, " fluctuations

and bands appear

on

both wings of the line. Those to the long wavelength ^side

very numerous, complex ^{in struc-} ture, and extend between 3 850 and 2 950 Å at least. On the shortward side,

find either broad continua or bands with fine maxima between 2 830 and 2 660 Å. We have attempted

^theore-

tical interpretation.

PHYSIQUE 25, 1964,

A. Travaux antdrieurs.

Hamada [1] ^a observ6,

en emission, lors d’une decharge ^{dans une cathode}

creuse, remplie ^de magnesium, ^un 61argissement

de la raie de resonance 2 852 A Mg ^{I et des fluc-}

tuations. Soulen, Sthapitanonda ^et Margrave [2]

ont vaporise du nitrure de magnesium solide dans

un four en carbure de silicium ^entre 1 200 et 1400 °K . A 1 400 -K, ^{ils ont} observe, ^en absorp- tion, la raie 2 852 A 6]argie ^{en une} bande continue

comprise ^{entre 2 661 et 3 020 A. Stroukow} [3] ^a

utilise une decharge ^entre electrodes de magn6-

sium dans 1’air a la pression atmosphérique. ^{I1 a}

observe la raie de resonance Mg ^{I mod6r6ment} élargie. ^{Cet auteur a 6tudi6} la distribution d’inten- site dans les ailes de la raie et I’a compar6e ^{avec la}

th6orie statistique d’elargissement ^{des raies.}

B. Dans mes expdriences.

^{J’ai utilise un four} de,,King ^{dont 1’etude a} ete faite a 1’Observatoire et qui ^est represente schématiquement ^{sur la} figure ^1.

Le corps du four (1) ^est constitué par ^{une en-} ceinte en acier doux, ^{6 double} paroi (2), ^{ou l’on}

fait circuler 1’eau de refroidissement. L’element chauffant (11) ^{est un tube de} graphite ^{de diametre}

de 20 mm et d’une longueur ^{de 300 mm. La forme}

donnee a ce tube est 6tudi6e de telle mani6re qu’il

y ait ^une unif ormite de temperature ^{sur un tiers}

de sa longueur. ^Le calorifugeage ^{du four est assure}

par les 6crans de rayonnement (3, 4) port6s ^par

des anneaux isolants, ^{sur les} flasques ^chemis6es (6).

Le contact 6lectrique ^{se fait} par l’interm6diaire ^des cones de graphite (10), ^{fixes sur les} flasques ^et

dans lesquels ^{vient se serrer le tube} chauffant. A

FIG. 1.

Schema du four utilise.

l’intérieur de ^{ce tube sont} _{places plusieurs} ^dia-

phragmes ^en graphite (12), pour delimiter la ^zone, ou l’on pose la_matiere ^{a 6tudier et ou la} temp6-

rature reste homog6ne. ^{On fait circuler a travers}

les ouvertures (5) ^un gaz de balayage pour evacuer les vapeurs ^en dehors de la zone utile. Les obser-

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:019640025011094600

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vations se font a travers des disques ^en quartz (9) poses ^{sur les} hublots d’observation (7) par l’inter- m6diaire d’un joint torique ^et maintenus par les

presses-f enetres (8). ^{Le four est etanche au vide et} peut supporter 6galement ^des pressions ^de quelques atmospheres. ^Son montage ^et d6montage ^{sont rela-}

tivement ais6s. L’alimentation 6lectrique ^{du four}

se fait a 1’aide d’un transf ormateur ^{20 V 1500 am-} p6res. ^{Le circuit} primaire est ^{aliment6 par un} auto-transformateur, ^a rapport reglable, ^connect6

par l’interm6diaire d’un_ syst6me ^de demarrage, ^en

deux temps, ^{au reseau 220 V 150} amperes. ^Les

mesures de temperature ^{se font} a 1’aide d’un couple thermoélectrique, ^au chromel-alumel jusqu’a

1000 OC et, pour les temperatures sup6rieures, ^à

l’aide d’un pyrom6tre optique ^a disparition ^{de fila-}

ment, ^du type Ribaud. Au regime maximum, ^les

temperatures mesur6es s’616vent jusqu’a ^{2 250 OC.-}

Le magnesium, ^de qualite spectroscopique, ^est

chauffé jusqu’a ^{1 200°C dans une} atmosph6re ^de

gaz inerte (argon, helium, ^{azote). Le metal se} trouve, ^{soit en contact avec le tube} chauffant, ^soit

en est isol6 par l’interm6diaire d’un tube ^{mince en}

tungstene. ^{Comme source du} rayonnement continu,

on a utilise un arc au xenon sous haute pression ^du type ^{X BO} 150, dont le rendement 6nerg6tique ^est

élevé. Pour photographier ^les spectres, ^{on a utilise}

les spectrographes Hilger : le moyen a quartz ^{et le} grand automatique, ^{donnant une} dispersion ^lin6aire

vers 3 000 A de 18 A/mm ^{et de 5 A/mm respec-}

tivement.

C. Donndes expérimenta.les.

a) ^{Les resultats} qualitatifs ^{sont illustr6s} par la figure ^2.

FIG. 2.

evolution ^du spectre d’absorption ^{de la vapeur de} magnesium

^la temperature.

Spectrographe : ^{Hilger moyen a} quartz. ^{Duree de pose : 1 minute.}

En haut, ^2me longueur ^{d’onde à} partir ^{de la droite,}

^{lieu de 2561, lire 2661.}

Elle donne 1’allure g6n6rale ^de 1’evolution du

spectre ^de la vapeur ^de magnésiumentre ^{4 100 et}

2 500 A environ, lorsque ^l’on fait varier la temp6-

rature. A la temperature ^{de 750 OC, on n’observe}

que la raie de resonance Mg ^{2 852 A} (IPl - ISO)’

fine d’abord ^et ensuite mod6r6ment 61argie

.

(spectres,1 et]’2). Lorsque ^la temperature ^atteint

820 OC, ^on observe, ^{du cote violet de la raie}

2 852 A, quelques fluctuations entre 2 836 et

2 800 ^A (spectre 3), qui disparaissent rapidement

pour faire place ^{a un} large ^continu (spectre 4). ^{A la}

temperature ^{de 900 °C} (spectre ^{5) il} apparalt ^de

faibles bandes situ6es a 2 752 A

et a 2 693 Å. Celles-ci disparais-

sent a la temperature ^{de 970} OC,

et on observe alors un arret

brusque ^de I’absorption ^{a 2 660 A.}

Du cote des grandes longueurs d’onde, ^{on constate un} pheno-

mene analogue. ^{Son evolution est}

toutefois plus rapide ^a temp6-

rature croissante. Pour une tem-

pérature de l’ordre de 1 000 °C,

on observe une s6rie de fluctua- tions entre 3 800 et 2 950 A, ^dont

certaines ont ete signal6es ^{dans le}

travail de Hamada (spectres 8, 9, 10). ^{A la} temperature ^{de 1200 OC,}

ces bandes disparaissent ^{et on}

observe une limite d’absorption

situee vers 4 040 A (spectre ^11).

b) STRUCTURE.

1) ^{Côté des} grandes longueurs ^d’onde.

^l.¡es

auteurs [1, 2] signalent ^la presence

de bandes diffuses, d6munies de toute structure, ^{en emission ou en} absorption, ^sur le fond continu

sous-jacent forme’ par 1’aile rouge de la raie 2 852 A de MgI élargie.

Sur nos clichés, ceci n’est _pas le

cas. On voit nettement, ^{sur les} spectres ^{9 et 10 de la} figure 2,

des maximums d’absorption ^ou

des tetes de bandes, d6grad6es ^vers

le violet, ais6ment mesurables et

on y distingue 1’amorce d’une structure. La figure ^{3 montre une} partie ^des bandes, comprise ^entre

3 850 et 3 330 A photographiées

avec le spectrographe ^a grande dispersion.

On distingue ^{sur cette} figure plu-

sieurs groupes de bandes qui pos- s6dent des maximums"] d’absorp-

tion ou t6tes, accompagnes ^d’une

structure.

I

On a port6 ^{dans le} tableau I les

longueurs ^{d’onde et les nombres}

d’onde des maximums ^ou des tetes de bande que l’on ^a compares

aux valeurs de Hamada, ^{en 6mis-}

sion. Ces derni6res sont indiqu6es

entre parentheses. ^{Les lettres a}

et b, qui suivent certains maxi-

FIG. 3.

Bandes-d’absorption ^{de la}

vapeur ^de magnesium entre 3 850 et 3 330 A.

Spectrographe : Hilger grand ^auto- matique.

mums ou t6tes, signifient que ceux-ci peuvent ^etre

classes dans ces deux series differentes. D’autres series sont aussi possibles.

II est int6ressant d’examiner Involution avec la

temperature ^{de la bande la} plus intense, ^{dont le}

centre de gravite ^{est a 3 770} A. Ceci est illustre par la figure 4. Elle contient des spectres photographies,

entre 1000 OC et 1080 OC, a 1’ aide du spectro- graphe ^a grande dispersion. ^{A 1 000} OC, ^{on observe} quelques ^{tetes de bandes situ6es a 3} 767,33 ;

3 766,15 ; ³ 763,85 ^{et 3} 762,85 A. A temperature

FIG. 4.

Evolution de la bande d’absorption ^{a 3 770 A}

avec

la temperature.

croissante, d’ autres bandes apparaissent ^{a 3} 779,25 ;

3 775,19 ; ³ 771,64 ; ³ 769,62 ; ³ 760,52 ^et

3 759,51 A, ^et l’intensit6 du fond continu augmente

en meme temps. ^{A la} temperature ^{de 1 080} °C, ^le

continu devient preponderant, alors que l’intensit6 de quelques ^{bandes diminue.}

2) ^{Cdt6 des courtes} longueurs ^d’onde.

^Hamada

a signale ^{deux bandes} dont les maximums se

trouvent a 2 713 et a 2 681 A. ^{Sur nos} spectres,

on retrouve ces maximums et on observe d’autres

bandes dans cette region. ^{Les resultats sont} portes

dans le tableau II. Les lettres d et m indiquent

que les bandes ^sont diffuses ou présentent, par

contre, ^{des maximums.}

’D. Essai d’interprdtation.

^Des phénomènes

analogues, c’est-a-dire 61argissement ^{de la raie de}

949

N. B.

En dessous de 3 200 A

observe encore d’autres maximums tres nombreux. Toutefois ils paraissent

diffus et la ^mesure devient incertaine.

resonance accompagn6 ^de fluctuations diffuses ont

d6jA ^{ete observes dans le cas de} quelques ^vapeurs m6talliques ^comme Zn, Cd, Hg [4]. La compa- raison des faits experimentaux ^avec les donn6es

tb6oriques ^{s’est averee} satisfaisante dans le cas

de Hg [5]. ^On interpr6te g6n6ralement le .continu et les fluctuations en admettant que la vapeur

constitue, à ^haute temperature, ^une molecule diato-

mique dont l’un des 6tats 6lectroniques ^serait

instable. Les deux atomes sont alors faiblement lies entre eux par des forces de Van der Waals. Le

spectre ^resultant d’une telle transition est compose

de larges ^{continus et de} fluctuations qui ^seront

situ6s sur l’aile _rouge ou violette de la raie de reso- nance, suivant que ^cet 6tat instable forme le niveau

6]ectronique ^{inf6rieur ou} superieur ^{de la molecule.}

Dans le cas de la molecule Mg2, ^{Stroukow donne}

une allure qualitative des courbes de potentiel ^en

se basant sur les possibiIités d’interaction entre

deux atomes fondamentaux ISO, ^{et entre un}

atome 1So ^{et un atome} 1P1 excite. II admet que l’aile rouge de la raie (1P1- ISO) ^{de Mg I r6sulte}

de la transition 6]ectronique ’I+ - ’I+, ^tandis

que ^son aile violette est due a la transition

lEg

^{’II. La} position du bord violet de la raie de resonance indique ^{alors une valeur} minimum de la

profondeur du niveau fondamental de Mg2.

Sur nos clichés, ^les ph6nom6nes ^observes parais-

sent plus compliques que dans les ^travaux anterieurs

dej a ^{cites. En} effet, ^a cote d’un fond continu

d’absorption, qui pourrait ^{etre lie au} phenomene

de 1’elargissement de la raie de resonance 2 852 A,

on observe une structure mol6culaire tres abon- dante. Le probleme qui ^se pose alors ^en premier lieu, ^est de determiner la structure et la nature de la molecule absorbante. Ceci implique ^{une etude}

de la structure de vibration des bandes.

On sait qu’en absorption les transitions ont lieu

entre quelques niveaux de vibration les plus ^{bas v"}

du terme electronique ^{inf6rieur et} plusieurs ^niveaux

de vibration v’ du terme 6lectronique superieur.

A partir ^{des mesures des} tetes, ^{on trouve des series}

de bandes qui doivent etre attributes au meme v".

On voit, ^en eff et, d’apr6s ^{le tableau} I, que de telles series existent, ^et que leur premiere

difference Ev fournit une valeur de (we ^{de l’ordre}

de 325 cm-1. Cette valeur est en bon accord

avec celle obtenue _par un calcul empirique [6].

Toutefois,, il ^est difficile d’admettre ceci comme

d6finitif. En efl’et, les groupes de bandes intenses mentionn6s dans le tableau I et qui ^{sont les} plus sensibles a l’influence de la temperature ^ne peuvent pas etre classes dans ces series. D’autre

part, ^{si l’on admet avec Stroukow} 1’existence de la molecule Mg2, ayant les transitions 6lectroiiiques 1’2:.:

1’M:.; ^et 1Mg: - In, ^on doit s’attendre A une

structure de rotation relativement simple. ^{Ces tran-}

sitions electroniques possedent des branches P et R

ou des branches P, Q ^{et R} qui ^sont aisément’ dis- cernables. Or 1’examen de nos spectres ^{montre une}

structure plus complexe que celle que pr6senterait

une molecule diatomique. ^On pourrait ^{donc even-}

tuellement envisager l’existence d’une molecule

polyatomique dont la formation serait f avorisee par la iorte densite de vapeur de magnesium. ^{A titre}

de renseignerrent, ^]a pression ^de vapeur ^saturante de magnesium ^telle qu’elle ^est donnee par les tables

[7], ^{est de 10 mm de} Hg pour 740°C ^et de 400 mm

de Hg pour 1 030 OC. Pour pouvoir analyser ^cette

structure de rotation compliqu6c, ^ce qui ^est indispensable pour identifier la ^nature de la mol6cule absorbante, ^{nous nous} proposons d’6tu- dier ce spectre a 1’aide d’un spectrographe ^{de dis-} persion ^nettement sup6ricure.

Manuscrit _reçu le 30 juillet ^1964.

BIBLIOGRAPHIE

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