Table des matières

1 • LE PHOTON


2 • LES SOLUTIONS COLORÉES


3 • AVANCEMENT D’UNE RÉACTION CHIMIQUE




PHYSIQUE
4 • STRUCTURE DES MOLÉCULES


5 • INTERACTIONS FONDAMENTALES




CHIMIE
6 • RADIOACTIVITÉ ET RÉACTIONS NUCLÉAIRES
2 3
7 • MATIÈRE ET INTERACTIONS


8 • ALCANES ET ALCOOLS
Notions de première indispensables
pour la Terminale S 9 • CHAMPS ET FORCES


10 • FORMES ET CONSERVATION DE L’ÉNERGIE




Édition : Maths Mélisso
Auteur : Alexandre Mélissopoulos
Conception graphique, mise en page, couverture : Cindy Castano Robinet

Juin 2014


Maths Mélisso
 2.4. La lumière : onde et particules
1 • LE PHOTON
On peut modéliser la lumière par un déplacement de particules de masse nulle : on dit
pour cela que la lumière a une nature corpusculaire. La nature de la lumière est à la fois
1. Lumière et énergie ondulatoire et corpusculaire : ces deux aspects sont nécessaires pour une description
complète des propriétés de la lumière.
Pour émettre de la lumière, une lampe de poche consomme de l’énergie électrique
fournie par les piles. Inversement lorsque la lumière est absorbée par des panneaux 3. Quantification des niveaux d’énergie de
photovoltaïques celle-ci est transformée en énergie électrique. La lumière transporte de
l’énergie. la matière
La radiation lumineuse peut être caractérisée par sa fréquence ou par sa longueur La découverte du photon et l’étude des spectres de raies atomiques ont permis aux
d’onde dans le vide. La longueur d’onde dépend du milieu de propagation alors que la physiciens de comprendre la structure des atomes..
fréquence est une grandeur invariable que que soit le milieu de propagation.
3.1. Quantification des énergie de l’atome
La fréquence v (en hertz Hz) est une grandeur invariable et est liée à la longueur d’onde
(en mètres) dans le vide avec la relation λ = c ou c est la célérité de la lumière dans le À chaque répartition des électrons sur les couches électroniques correspond un niveau
vide (m.s-1). ν d’énergie de l’atome. Pour q’un électron passe d’une couche électronique à une couche
électronique supérieure, l’atome doit recevoir une certaine quantité d’énergie : cette
2. La lumière : onde ou particule ? quantité d’énergie est égale à la différence d’énergie entre les deux niveaux. Lors de la
transition inverse, l’atome cède la même quantité d’énergie.
4 2.1. Insuffisance du modèle ondulatoire 5
3.1.1. Niveaux d’énergie
Un modèle ondulatoire de la lumière est indispensable pour expliquer la propagation de
la lumière et certaines de ses propriétés telles que la diffraction et les interférences (qui Les énergies pouvant être échangées par un atome au repos sont quantifiées : elles ne
seront vues en terminale S), mais il est insuffisant pour décrire les échanges d’énergie peuvent prendre que des valeurs discrètes. Par conséquent, l’énergie de l’atome est
avec la matière. quantifiée et ne peut prendre que des valeurs discrètes correspondant aux différents
niveaux d’énergie.
2.2. Le photon
3.1.2. État fondamental - état excité
Les transferts d’énergie entre matière et lumière sont discontinus ou quantifiés. Ils ne
peuvent se faire que par «paquets d’énergie» contenant chacun une énergie bien Lorsque l’atome est à son niveau d’énergie le plus bas, on dit qu’il est dans son état
déterminée. Un «paquet d’énergie» est appelé un quantum (au pluriel : des quanta). fondamental. Sinon il est dans son état dit excité.

Un quantum d’énergie lumineuse est appelé photon. 3.1.3. Transition électronique
2.3. L’énergie du photon Un changement de niveau s’appelle une transition ; on symbolise une transition par une
flèche verticale sur le diagramme d’énergie de l’atome.
L’énergie du photon, notée E, associée à une radiation de fréquence o est donnée par la
relation de Planck : E=ho avec h une constante universelle appelée constante de Planck
(h=6,63 x 10-34 J.s).




Maths Mélisso
 E i (eV)


hv Spectre d’émission du sodium Spectre d’absorption du sodium
3,76 niveau 5
3,62 niveau 4

3,20 niveau 3
a

2,11 niveau 2 Spectre d’émission du mercure Spectre d’absorption du mercure

b
hv
3.3. De l’atome aux étoiles : le spectre solaire
0 niveau 1
Le spectre solaire est constitué par le spectre de la lumière blanche, appelé fond continu,
État fondamental auquel se superpose un spectre de raies d’absorption constitué d’environ vingt mille
raies sombres.
Diagramme d’énergie de l’atome
Spectre de la lumière émise à ce stade

3.2. Interprétation des spectres atomiques
6 7
3.2.1. Spectre de raies d’émission : émission d’un photon Rayon lumineux
Étoile Terre
Si l’atome passe d’un niveau d’énergie initiale Ei vers un niveau d’énergie finale Ef Spectre de la lumière à ce stade
inférieur alors l’atome cède de l’énergie et cette transition s’accompagne de l’émission et arrivant sur Terre
Couche gazeuse
d’un photon. Si ce photon correspond à une radiation visible alors on observe une raie ...