Spectres lumineux P4 C H A PI T R E
1- Les spectres d'émission
On appelle spectre d'émission le spectre de la lumière directement émise par une source.
1-1 Spectres continus ou spectres d'origine thermique a). Description
Un corps dense (solide, liquide ou gaz sous forte pression) porté à haute température émet de la lumière.
Le spectre de la lumière émise est un spectre continu.
Exemple : La lumière émise par un corps incandescent est formée d'une infinité de radiations monochromatiques de longueurs d'onde différentes.
b). Influence de la température
La couleur de la lumière émise par un corps dense passe du rouge sombre au blanc brillant quand sa température augmente. Le spectre continu observé s'enrichit progressivement vers le violet.
La couleur dominante d'un spectre continu, c'est-à-dire la couleur la plus lumineuse, renseigne sur la température de la source: une dominante rouge correspond à une température de 3000 °C environ alors qu'une dominante verte correspond à une température voisine de 6 000 °C.
1-2 Spectres de raies a). La signature des atomes
Le spectre de la lumière émise par un gaz, sous faible pression et à haute température, est un spectre de raies.
Chaque entité chimique (atome ou ion) possède un spectre de raies bien déterminé, ce qui permet de l'identifier.
Un spectre d'émission apparaît quand un faisceau lumineux est émis par un gaz « excité ».
Le faisceau sortant présente des raies brillantes colorées.
Exemple : Les spectres obtenus avec les lampes à vapeur de sodium ou de mercure sont des spectres de raies : la lumière émise n'est composée que d'un nombre limité de radiations monochromatiques bien distinctes.
b). Application: couleur d'une flamme
Dispositif expérimental permettant d'observer les spectres d'émission du sodium.
Quelques gouttes d'une solution de chlorure de sodium colorent une flamme bleue pâle en jaune orangé.
L'observation au spectroscope montre la raie caractéristique du sodium.
De même, le cuivre colore la flamme en bleu.
L'observation au spectroscope montre les raies caractéristiques du cuivre.
L'analyse spectrale des flammes est utilisée en chimie pour identifier certaines espèces chimiques (ions métalliques en particulier).
Spectre d’émission du gaz
2- Les spectres d'absorption
Le spectre d'absorption d'une substance est le spectre obtenu après la traversée de cette substance par de la lumière blanche.
2-1 Spectres de bandes d'absorption
Le spectre d'absorption d'une solution colorée présente des bandes sombres correspondant aux radiations absorbées: une solution diluée de permanganate de potassium par exemple, de couleur magenta (rose), absorbe dans le vert alors qu'une solution de sulfate de cuivre de couleur cyan (bleu clair) absorbe principalement dans le rouge.
Le spectre de bandes d'absorption d'une solution est caractéristique de l'espèce chimique présente dans la solution.
2-2 Spectres de raies d'absorption
Un spectre d'absorption apparaît quand un faisceau lumineux traverse le gaz. (Le gaz est dans la cuve) Le faisceau sortant présente des raies sombres dans le spectre continu de la lumière blanche.
Une entité chimique (atome ou ion) ne peut absorber que les radiations qu'elle est capable d'émettre. Le spectre de raies d'absorption renseigne donc sur la nature des gaz traversés par la lumière blanche.
Comparaison des spectres d’émission et d’absorption de l’hydrogène
La radiation absorbée a la même longueur d'onde que celle émise
Spectre d’absorption du gaz
3- Application : les spectres stellaires.
3-1 La nucléosynthèse
Les étoiles se forment à partir de gaz composés essentiellement d’hydrogène.
Grâce des réactions nucléaires, d’autres éléments se forment dans les étoiles. Lorsque l’étoile explose ces éléments sont libérés dans l’espace.
Une étoile renferme donc différents éléments, qui dépendent de sa génération et de son age.
3-2 Spectre d'une étoile et température de surface
Une étoile est une énorme boule de gaz très chaud et très condensé qui émet de la lumière au niveau de sa surface ou photosphère. La lumière émise a un spectre continu dont la couleur dominante nous renseigne sur la température à la surface de l'étoile.
3-3 Spectre d'une étoile et composition chimique Exemple : Spectre du Soleil
Rigel
Exemple de spectre d’absorption
L'analyse des raies d'absorption d'un spectre stellaire nous renseigne sur la composition chimique de son atmosphère.
