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Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène

Posté par
hdiallo
15-05-22 à 16:16

Bonjour tout le monde, je sollicite votre assistance.
Avant de poster mon exercice, je vous remercie pour votre fiche de cours.
Exercice
Les niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène sont donnés par la relation E_n=-\frac {13,6}{n²} , où n est un entier naturel non nul.
1) Évaluer en nanomètres les longueurs d'onde des radiations émises par l'atome d'hydrogène lors des transitions :
a) du niveau d'énergie E3 au niveau d'énergie E1 ; ( longueur d'onde 31) ;

Niveaux d\'énergie de l\'atome d\'hydrogène

Posté par
hdiallo
re : Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène 15-05-22 à 17:48

1.a) Calcul de 31
D'après les postulats de Niels Bohr :
E31=E3-E1
hc/31=E3-E1

D'où \lambda_3_1=\frac {hc}{E_3-E_1}

Je convertis les énergies en joules et je trouve
31=1,025.10-7m

Posté par
hdiallo
re : Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène 15-05-22 à 17:51

hdiallo @ 15-05-2022 à 17:48

1.a) Calcul de 31
D'après les postulats de Niels Bohr :
E31=E3-E1
hc/31=E3-E1

D'où \lambda_3_1=\frac {hc}{E_3-E_1}

Je convertis les énergies en joules et je trouve
31=1,025.10-7m

En nanomètres,  je trouve : 31=102,5 nm

Posté par
odbugt1
re : Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène 15-05-22 à 19:29

Bonjour,

La marche est correcte.
Je n'ai pas vérifié le résultat numérique.

Posté par
hdiallo
re : Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène 16-05-22 à 11:32

D'accord.
b) j'utilise la même méthode
\lambda_2_1 =\frac {hc}{E_2-E_1}=121,5nm
c) Encore la même méthode :

\lambda_3_2 =\frac {hc}{E_3-E_2}=655,8nm

Posté par
hdiallo
re : Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène 16-05-22 à 12:01

2) Ne sont absorbées que celles les radiations qui permettent exactement le passage d'un niveau d'énergie à un autre niveau.
Pour cela, je détermine d'abord quelques niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène :
E1 = - 13,6 eV
E2 = - 3,4 eV
E3 = - 1,51 eV
E4 = - 0,85 eV
E5 = - 0,544 eV
E6 = - 0,378 eV

Je calcule les énergies (en eV) correspondantes à ces 3 radiations, je trouve :
Pour 31 : E31=E3-E1=12,089 eV
Pour 21 : E21=E2-E1=10,2 eV
Pour 32 : E32=E3-E2=1,89 eV

Je constate que celles les radiations 31 et 21 sont absorbées puisqu'elles permettent respectivement aux transitions du niveau 1 au niveau 3 et du niveau 1 au niveau 2.
La radiation de longueur 32 (ne correspondant à aucune transition possible) sera diffusée dans une direction quelconque.

Posté par
odbugt1
re : Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène 16-05-22 à 13:54

A la question 1on demande de calculer les longueurs d'ondes des radiations émises lors des transitions E3/E1  ;  E2/E1 et E3/E2 de l'atome d'hydrogène sans aucune allusion aux conditions expérimentales.
Ces longueurs d'ondes ont été calculées par hdiallo

A la question 2 l'hydrogène est porté à une très haute température, mais pourtant est constitué par des atomes dans leur état fondamental.
Là je suis un peu perplexe d'autant plus que ce gaz très chaud est censé absorber des radiations lumineuses ce qui je croyais ne se produisait que pour un gaz froid à basse pression.

La théorie veut, me semble t'il, qu'un gaz froid à basse pression interposé entre une source de lumière émettant un spectre continu absorbe les radiations qu'il émettrait s'il était chaud et donc que les trois radiations décrites dans la question 1 sont absorbées

Posté par
odbugt1
re : Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène 16-05-22 à 14:36

Après réflexion :
Il est probable que la réponse attendue soit celle fournie par hdiallo si conformément à l'énoncé les atomes d'hydrogène sont dans leur état fondamental.
En effet la transition E3 / E2 concerne deux états excités.

Posté par
hdiallo
re : Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène 16-05-22 à 16:29

D'accord...je vais continuer à fouiller aussi sur l'influence de ce gaz porté à très haute température.

Posté par
hdiallo
re : Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène 16-05-22 à 16:57

Maintenant la question 3)
L'or d'une transition d'un niveau d'énergie Ep à un niveau d'énergie En inférieur, un photon d'énergie E est émis telle que : E = Ep-En \frac {hc}{\lambda_p_n}=-\frac {E_0}{p²}-(-\frac{E_0}{n²})=E_0(\frac {1}{n²}-\frac {1}{p²})
Alors \frac {1}{\lambda_p_n}=\frac {E_0}{hc}(\frac {1}{n²}-\frac{1}{p²})\Rightarrow \frac {1}{\lambda_p_n}=R_H(\frac {1}{n²}-\frac{1}{p²})
(avec p > n)
Calculons la valeur de RH

R_H=\frac {E_0}{hc}=\frac {13,6*1,6022.10^-^1^9}{6,62.10^-34*3.10^8}=1,095.10^-^7/m

Posté par
odbugt1
re : Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène 16-05-22 à 17:11

C'est bon, sauf le résultat final :
RH = 1,095 . 107 m-1

Posté par
hdiallo
re : Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène 16-05-22 à 17:42

D'accord merci bien.
La question 4) à présent :
Les longueurs d'onde de la série de Lyman sont données par :
\frac {1}{\lambda}=R_H (1-\frac {1}{n²}) avec n 2

•la plus courte longueur d'onde correspond à la transition la plus énergétique, donc à n =
Don \frac{1}{\lambda_m_i_n}=R_H (1-0)\Rightarrow \lambda _m_i=\frac {1}{R_H}=91,3nm

•la plus grande longueur d'onde : c'est là je suis bloqué.
Ensuite, l'écart demandé correspond à la différence entre la plus grande grande et la plus courte longueur d'onde, si j'ai bien compris.

Posté par
odbugt1
re : Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène 16-05-22 à 19:10

La longueur d'onde maximale est celle qui correspond à la transition entre les niveaux 2 et 1 ( pour une émission )
Cette longueur d'onde a déjà été calculée ( Question 1b )
Tu as trouvé λ21 = 121,5 nm
Donc λmax = 121,5 nm
Ainsi selon tes résultats l'écart demandé est Δλ = 121,5 - 91,3 = 30,2 nm

J'ai trouvé :
RH = 1,0969 . 107m -1
λmax = 4 / (3RH) = 121,6 nm
λmin = 1/RH = 91,2 nm
Δλ = 1 / (3RH) = 30,4 nm

Posté par
hdiallo
re : Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène 16-05-22 à 21:16

Merci bien.
Y'a-t-il une autre méthode pour calculer cet écart ?

Posté par
odbugt1
re : Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène 16-05-22 à 23:04

Non
Δλ = λmax - λmin

Posté par
hdiallo
re : Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène 17-05-22 à 00:55

D'accord, je vous remercie pour votre disponibilité.

Posté par
hdiallo
re : Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène 21-05-22 à 20:18

Je veux poster un exercice sur la radioactivité, mais j'ai pas écrire correctement un noyau, par exemple l'uranium 235, avec A et Z.
J'espère que cela ne s'apparente pas à un multi-post.

Posté par
odbugt1
re : Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène 21-05-22 à 22:39

Bonsoir,
Pour un nouvel exercice tu dois obligatoirement créer un nouveau sujet.

Posté par
aua
re : Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène 05-03-24 à 22:26

Bonsoir je viens de voir l'exercice et j'avoue que je ne saisis pas certains points.
1- j'ai : \lambda31=86,6nm
2- je suis passé par E'(nouvelle énergie)=E1+E
Du coup: E'31=-1,51 eV (donc il ya absorption par passant de n=1 à n=3)
E'21=-5,01eV et E'32=-12eV. Ne correspondant a aucun niveau d'énergie on a pas d'absorption pour ces deux longueurs d'onde.
J'ai besoin d'aide parce que je vois pas où se situe mon erreur

Posté par
aua
re : Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène 05-03-24 à 22:28

odbugt1 @ 16-05-2022 à 19:10

La longueur d'onde maximale est celle qui correspond à la transition entre les niveaux 2 et 1 ( pour une émission )

C'est toujours le cas ? Si oui, pourquoi svp?

Posté par
vanoise
re : Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène 05-03-24 à 22:40

Dans l'autre exercice,on ne se limite pas à la série de Balmer qui,par convention, se limite aux cas où nf=1.
C'est vrai que l'énergie maximale possible d'un photon correspond à ni=2 et nf=1 mais les transitions telles que nf=1 appartiennent à la série de Lyman qui n'est pas à étudier dans ton problème.

Posté par
vanoise
re : Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène 05-03-24 à 22:48

Dans l'autre exercice,on ne se limite pas à la série de Balmer qui,par convention, se limite aux cas où nf=2.

Posté par
aua
re : Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène 06-03-24 à 07:33

Ahh d'accord mtn je comprend grâce à ce que vous avez expliquer : la plus petite énergie pour un photon correspond à la plus grande longueur d'onde.

Posté par
aua
re : Niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène 06-03-24 à 07:33

Merci



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