Univers 4

Les spectres lumineux

1. Définitions

• Un spectre lumineux est la figure obtenue par décomposition d’une lumière en radiations monochromatiques au moyen d’un prisme ou d’un réseau.

• Une radiation monochromatique correspond à une radiation d’une seule couleur.

• La lumière se comporte comme une onde, elle est caractérisée par une longueur d’onde notée λ dont l’unité est le nanomètre (nm)

2. Les spectres d’émission

• Ce sont des spectres produits directement par la lumière émise par une source.

2.1. Les spectres d’émission continus d’origine thermique

- Expérience:

La source est de la lumière blanche émise par un corps « chaud » (soleil, lampe à incandescence, gaz à haute pression, solide …)

Le passage d’une bande à une autre étant progressif, ce spectre est dit continu.

- Variation de la lumière émise et du spectre en fonction de la température

• + le corps est chaud

• + la lumière est blanche

• + son spectre contient de radiations vers le bleu-violet

• La couleur d’une source lumineuse thermique dépend de sa température, et pas de la nature de la source.

• L’étude du spectre de la lumière émise par un corps chaud détermine sa température et non la nature du corps.

2.2. Les spectres d’émission discontinus ou spectres de raies

- Expérience:

La source est de la lumière émise par un gaz à basse pression (néon, lampe spectrale, …)

Tube fluorescent

Lampe à vapeur de mercure

• Spectre de raies• polychromatique

Lampe à vapeur de sodium

• Spectre de raies• Quasi monochromatique

Spectre caractéristique de chaque élément chimique

Hg

Na

Ne

• Un gaz excité à basse température (collision entre les particules de gaz due à une décharge électrique) émet de la lumière dont le spectre est discontinu, c’est à dire constitué de différentes raies colorées (radiations monochromatiques) sur fond noir.

• Le spectre de raies d’émission est caractéristique de l’entité chimique présente dans le gaz.

• L’analyse d’un spectre d’émission d’un gaz excité permet de déterminer, par comparaison à des tables, la composition du gaz.

3. Les spectres d’absorption

• Ce sont des spectres obtenus en analysant la lumière blanche qui a traversé une substance (gaz, liquide ou filtre).

3.1. Les spectres de raies d’absorption

- Dispositif où la lumière traverse un gaz:

• Spectre d’absorption du sodium

• Spectre d’émission du sodium

• La raie noire du spectre d'absorption du sodium correspondent à la raie jaune de son spectre d'émission.

• Pour un même élément, les raies d’émission du spectre d’émission et les raies d’absorption du spectre d’absorption ont les mêmes longueurs d’onde.

• Une entité chimique ne peut absorber que les radiations qu’elle est capable d’émettre.

3.2. Les spectres de bandes d’absorption

- La lumière traverse une solution colorée ou un filtre

Spectre d’absorption de la solution de permanganate de potassium

• La solution de couleur magenta (bleu + rouge) laisse passer le rouge et le bleu mais absorbe les autres couleurs.

Spectre d’absorption de la solution de sulfate de cuivre

• La solution de couleur cyan (bleu + vert) laisse passer le bleu et le vert mais absorbe les autres couleurs.

• Les spectres d’absorption de solutions colorées présentent des bandes sombres sur un fond continu coloré : une bande sombre correspond à la lumière absorbée par la solution.

• La couleur de la solution résulte de la présence des radiations qui ne sont pas absorbées.

4. La lumière des étoiles

• Le spectre d’une étoile permet de connaître sa température de surface et nous renseigne sur la composition chimique de son atmosphère.

Ex.

• Remarque: le Soleil est essentiellement composé d’hydrogène (73,5%) et d’hélium (25%)

Température moyenne (°C)

3 300 5 700 8 000 10 000

Couleur Rouge -orangé jaune blanche bleuté

Exemple d’étoile

Bételgeuse Soleil Sirius Rigel