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3 • Atome et structure électronique – Classification Périodique
Vous trouverez dans l’annexe E les numéros atomiques des différents éléments, dans
l’annexe C les valeurs des différentes constantes et les unités utilisées dans ce chapitre.
D’autre part, l’annexe 3 du cours de chimie physique contient un tableau des configurations électroniques.
Spectres atomiques
Exercice 3.1
Les affirmations suivantes sont-elles vraies ou fausses ?
A) La fréquence, ou la longueur d’onde, du rayonnement impliqué dans une
transition électronique est la même, qu’il s’agisse d’absorption ou d’émission.
B) Le spectre d’absorption de l’atome d’hydrogène, pris dans son état fondamental, ne comporte que les raies de la série de Lyman.
C) Les niveaux quantifiés correspondant aux valeurs successives du nombre n
sont les mêmes dans tous les atomes.
D) Il faut une énergie infinie pour porter un électron au niveau correspondant
à n ϭ ∞.
Solution
A) Vraie. Cette fréquence est uniquement déterminée par la différence d’énergie ⌬E qui existe
entre les deux niveaux, de départ et d’arrivée.
B) Vraie. La série de Lyman du spectre d’émission de l’hydrogène est constituée de raies correspondant à des transitions qui aboutissent toutes au niveau K. D’autre part, si H est, avant
l’absorption du rayonnement, dans l’état fondamental toutes les transitions provoquées par cette
absorption auront pour « départ » le niveau K et ce seront les mêmes qu’en émission. On peut se
poser la question de savoir si, après une première transition partant du niveau K, un électron peut
en subir une autre partant du niveau d’arrivée de la première ; d’autres raies pourraient alors
apparaître.
C) Fausse. Chaque élément possède un spectre caractéristique, grâce auquel il peut être identifié.
D) Fausse. Le niveau n ϭ ∞ est celui qui correspond à la séparation de l’électron et de son
atome, qui devient un ion. Le niveau énergétique correspondant à cet état est pris conventionnellement comme origine des énergies, de sorte que les niveaux inférieurs ont des énergies négatives (par exemple – 13,6 eV pour le niveau K de l’hydrogène).
Exercice 3.2
Si un atome d’hydrogène dans l’état fondamental absorbe un photon de
longueur d’onde 1 , puis émet un photon de longueur d’onde 2 sur quel
niveau l’électron se trouve-t-il après cette émission ?
1 er cas : 1 ϭ 97,28 nm ; 2 ϭ 1 879 nm
2 e cas : 1 ϭ 97,28 nm ; 2 ϭ 78,15 nm
3 • Atome et structure électronique – Classification Périodique
Vous trouverez dans l’annexe E les numéros atomiques des différents éléments, dans
l’annexe C les valeurs des différentes constantes et les unités utilisées dans ce chapitre.
D’autre part, l’annexe 3 du cours de chimie physique contient un tableau des configurations électroniques.
Spectres atomiques
Exercice 3.1
Les affirmations suivantes sont-elles vraies ou fausses ?
A) La fréquence, ou la longueur d’onde, du rayonnement impliqué dans une
transition électronique est la même, qu’il s’agisse d’absorption ou d’émission.
B) Le spectre d’absorption de l’atome d’hydrogène, pris dans son état fondamental, ne comporte que les raies de la série de Lyman.
C) Les niveaux quantifiés correspondant aux valeurs successives du nombre n
sont les mêmes dans tous les atomes.
D) Il faut une énergie infinie pour porter un électron au niveau correspondant
à n ϭ ∞.
Solution
A) Vraie. Cette fréquence est uniquement déterminée par la différence d’énergie ⌬E qui existe
entre les deux niveaux, de départ et d’arrivée.
B) Vraie. La série de Lyman du spectre d’émission de l’hydrogène est constituée de raies correspondant à des transitions qui aboutissent toutes au niveau K. D’autre part, si H est, avant
l’absorption du rayonnement, dans l’état fondamental toutes les transitions provoquées par cette
absorption auront pour « départ » le niveau K et ce seront les mêmes qu’en émission. On peut se
poser la question de savoir si, après une première transition partant du niveau K, un électron peut
en subir une autre partant du niveau d’arrivée de la première ; d’autres raies pourraient alors
apparaître.
C) Fausse. Chaque élément possède un spectre caractéristique, grâce auquel il peut être identifié.
D) Fausse. Le niveau n ϭ ∞ est celui qui correspond à la séparation de l’électron et de son
atome, qui devient un ion. Le niveau énergétique correspondant à cet état est pris conventionnellement comme origine des énergies, de sorte que les niveaux inférieurs ont des énergies négatives (par exemple – 13,6 eV pour le niveau K de l’hydrogène).
Exercice 3.2
Si un atome d’hydrogène dans l’état fondamental absorbe un photon de
longueur d’onde 1 , puis émet un photon de longueur d’onde 2 sur quel
niveau l’électron se trouve-t-il après cette émission ?
1 er cas : 1 ϭ 97,28 nm ; 2 ϭ 1 879 nm
2 e cas : 1 ϭ 97,28 nm ; 2 ϭ 78,15 nm