Je viens poser une question a la suite d'un devoir de 1ere spé. La question est sujette a des contreverses puisqu'elle est basée sur la théorie quantique.
On nous donne le diagramme simplifié de niveaux d'énergie d'un atome.
E4 = -1,5
E3 = -1,9
E2 = -3,0
E1 = -5,1
La question est la suivante : Que se passe-t-il pour l'atome si, dans son état d'énergie minimale, il reçoit une radiation associée à un photon d'énergie 3,0 eV ? Pourquoi ?
Ma réponse ( confirmée par un prof de maths-physique ) :" l'atome ne va pas réussir à monter en E3 car il n'aura pas assez d'énergie en effet -5,1+3=-2,1 , il va s'arrêter en E2 et dissiper son énergie en s'excitant davantage avant de redescendre et d'émettre un photon."
Le prof attendait que l'atome pouvait recevoir une radiation qui ne correspond qu'a un déplacement d'un niveau a un autre. Pour un déplacement de E1 a E2 la radiation serait donc de 2,1eV. C'est donc quantique selon lui.
Pouvez vous donc me dire si j'ai juste svp ?
En vous remerciant
Louis
La question est sujette a des contreverses puisqu'elle est basée sur la théorie quantique.
Il n'y a plus vraiment de controverses sur le sujet (à cette échelle-là en tous cas), depuis de nombreuses décénnies, la notion de "niveaux d'énergie" et la question associée date des années 1910s, il y a eu moult expériences amusantes au XXème siècle.
Le prof attendait que l'atome pouvait recevoir une radiation qui ne correspond qu'a un déplacement d'un niveau a un autre. Pour un déplacement de E1 a E2 la radiation serait donc de 2,1eV. C'est donc quantique selon lui.
Pas sûr de comprendre cette phrase / implication.
En particulier, le "c'est quantique" => c'est vrai dès lors que tu parles de "niveaux d'énergie", hein !
Sinon, pour récapituler un peu (il y a des simplifications grossières dans ce qui suit, mais si tu es en 1ère, ça devrait suffire..) :
Lorsqu'on parle de niveaux d'énergie d'un "atome", il s'agira principalement des niveaux d'énergie de ses différentes couches électroniques. C'est pour ça que tu peux lier ces niveaux d'énergie à des transitions électroniques, et ainsi discuter d'émission ou d'absorption de photons.
Ensuite, une transition électronique, c'est le passage d'un électron d'un niveau d'énergie à un autre. L'un des postulats de mécaQ, c'est de dire que ton électron ne peut exister que dans certains états bien définis, et que les échanges d'énergie associés (de quelque nature que ce soit) sont discret(isés).
Donc, là, tu nous dis que tu veux jeter un photon d'une certaine énergie sur ton atome, "qui ne se case pas bien sur les niveaux d'énergies atteignables". Tu as, si j'ai bien compris, envisagé deux possibilités : ou bien imaginer que "tout ce qui ne permet pas d'atteindre le niveau est rejeté, avant "absorption" de l'énergie", ou bien imaginer que l'électron "prend tout, puis relâche un morceau d'énergie peu importe comment, pour arriver sur le son niveau le plus proche".
Sauf qu'en fait, comme tu l'as dit, il n'est pas possible pour ton atome de se retrouver dans un état à -2.1 eV. Même "très brièvement".
Donc en réalité, l'électron/atome n'en aura rien à faire de ton photon à 3eV. C'est non-merci, poubelle, vous ne remplissez pas les conditions pour être absorbé.
Lorsque tu vois des spectres d'absorption, il y a des "trous" dedans. Ce sont les seules couleurs (~photons) qui ont été acceptées par l'atome en question, parce que les énergies correspondantes rentraient dans les cases.
Ton photon à 3eV ne peut pas "simplement" se diviser en un de 2.1 eV qui serait absorbé pour aller en E2 et un de 0.9eV, qui irait à la poubelle. (sinon, si c'était le cas, c'est équivalent à dire qu'un faisceau de lumière verte pourrait se scinder et un rouge et un micro-ondes, comme ça on peut récupérer le rouge tranquillement => Il ne le fera pas tout seul ! )
Bon, si on la joue maniaque, en réalité, c'est pas "super strict", les conditions d'absorption, il y a un peu de marge. Et en plus, plus on va haut, plus les niveaux sont proches.
Mais par exemple, là tu as 2.1 eV entre tes deux niveaux d'énergie, en vrai un photon de ~2.1001 eV serait quand même accepté. (pourquoi, on arrive sur principes compliqués, que tu verras dans quelques années).
SPOILER:
Version compliquée :
Lorsqu'un photon rencontre ce genre de conditions limites, il a trois possibilités.
a) il peut se disperser de manière élastique, ce qui signifie qu'il conserve sa fréquence mais change d'angle,
b) il peut se disperser de manière inélastique, ce qui signifie qu'il change de fréquence, ou
c) il peut être absorbé en élevant le niveau d'énergie d'un électron (dans un réseau, dans une molécule, dans un atome) et un photon différent est émis et les phases sont perdues.
Si tu as une transition qui nécessite 2.1 eV et que tu envoies un photon trop faible, tu seras dans le cas a ou b. Le photon se diffuse de manière élastique dans le centre de masse de l'atome entier et poursuit sa route sous un angle différent, ou de manière inélastique en donnant de l'énergie cinétique à l'atome tout entier et en changeant de fréquence.
Et sinon, si l'énergie supplémentaire du photon n'est pas comprise dans la "tolérance" du niveau d'énergie, il poursuivra son chemin en se dispersant de manière élastique ou inélastique.
Tout ça pour dire qu'en conclusion : à l'échelle où on regarde le problème, il ne se passe rien, l'atome ne va pas absorber un kopeck de l'énergie que lui propose le photon.
A d'autres échelles, c'est possible qu'ils se chatouillent un peu, mais ça devient compliqué.
Bonjour,
Merci beaucoup pour cette réponse très complète et instructive. J'en ai appris davantage et je comprend a présent mon erreur.
Bonne journée !
Cordialement
Louis
