⚛️ Physique moderne : quantique et nucléaireSeconde → BAC+1
🌈 Les spectres des éléments : chaque atome a sa signature
Chaque élément chimique émet sa propre combinaison de couleurs, aussi unique qu'une empreinte digitale… mais lisible à des années-lumière ! Clique sur un élément du tableau, compare son code-barres lumineux à celui d'un autre, allume un bec Bunsen, puis joue les détectives avec le spectre du Soleil et l'élément mystère.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Chaque élément a son spectre de raies : quelques couleurs bien précises sur fond noir, toujours aux mêmes longueurs d'onde. Le sodium n'a presque que son doublet jaune (589,0 et 589,6 nm), le fer en a des dizaines.
- En absorption, les raies deviennent noires sur l'arc-en-ciel de la lumière blanche, exactement aux mêmes longueurs d'onde : un gaz absorbe les radiations qu'il sait émettre.
- L'ion X+ (l'atome qui a perdu un électron) a un spectre complètement différent de celui de l'atome : ses niveaux d'énergie ne sont pas les mêmes. L'ion H+, simple proton, n'a aucune raie !
- Dans le spectre du Soleil, les raies sombres de Fraunhofer trahissent l'hydrogène, le sodium, le magnésium, le fer et le calcium de son atmosphère… et la raie B vient de l'oxygène de notre propre atmosphère.
- Les couleurs de flamme (rouge du lithium et du strontium, jaune du sodium, vert du baryum…) font les feux d'artifice ; certaines viennent de molécules formées dans la flamme plutôt que des atomes eux-mêmes.
Expériences à faire
- Le lithium et le strontium colorent tous deux la flamme en rouge : leurs spectres se ressemblent-ils ? Lequel a une grosse raie bleue ?
- Choisis ✏️ Ma raie et fabrique ton spectre avec 656,3, 486,1, 434,0 et 410,2 nm : à quel élément appartient-il ? Ajoute 121,6 nm : pourquoi ne la vois-tu pas ?
- Compare le néon et l'argon : pourquoi les enseignes « au néon » sont-elles rouge-orangé ?
- Dans le spectre du Soleil, à quel élément est due la raie D ? Clique sur le sodium pour vérifier.
- Quelle est l'énergie, en électronvolts, d'un photon de la raie rouge de l'hydrogène (656,3 nm) ? Et d'un photon de la raie violette du potassium (404,4 nm) ? Avec ✏️ Ma raie, tape toi-même une longueur d'onde pour vérifier.
La physique derrière l'animation
- Un atome ne peut émettre ou absorber que des photons dont l'énergie est égale à l'écart entre deux de ses niveaux d'énergie : ΔE = h × ν = h × c / λ, avec h = 6,63 × 10−34 J·s et c = 3,00 × 108 m/s. Les niveaux étant propres à chaque élément, ses raies aussi.
- Spectre d'émission : raies colorées sur fond noir (gaz chaud et peu dense). Spectre d'absorption : raies noires sur fond continu (lumière blanche à travers le gaz). Mêmes longueurs d'onde dans les deux cas. (Modèle simplifié : un gaz froid n'absorbe vraiment bien que les raies issues de son niveau fondamental.)
- Raies de Fraunhofer (λ dans l'air) : C 656,3 nm et F 486,1 nm (hydrogène), D 589,0 et 589,6 nm (sodium), b vers 517-518 nm (magnésium), E 527,0 nm (fer), H 396,8 nm et K 393,4 nm (ion calcium Ca+). La raie B (686,7 nm) est due au dioxygène de l'atmosphère terrestre.
- Test de flamme : une flamme de bec Bunsen (jusqu'à ≈ 1 500 °C) n'excite que les niveaux d'énergie les plus bas, d'où une couleur dominante : rouge du lithium (670,8 nm), jaune du sodium (589 nm), lilas du potassium… Pour le calcium, le strontium, le baryum et le cuivre, la couleur vient en grande partie de molécules (CaOH, SrOH, BaOH, CuCl…).
- Données : longueurs d'onde dans l'air et intensités relatives des raies fortes du NIST (Atomic Spectra Database, « Handbook of Basic Atomic Spectroscopic Data », physics.nist.gov/PhysRefData/Handbook), au plus 36 raies par atome et 16 par ion. Les intensités sont approximatives, la couleur d'une raie à l'écran aussi. Éléments grisés : aucune raie forte de l'atome dans le visible. Voir aussi le spectroscope à prisme et le spectre de l'hydrogène.
D'autres animations
La fission nucléaire et la réaction en chaîne
⚛️ Physique moderne : quantique et nucléaireSeconde → Terminale
Pilote un cœur de réacteur : neutrons, fission de l'uranium 235, barres de contrôle et modérateur. Garde la réaction critique !
Manipuler →Les isotopes et la notation du noyau
⚛️ Physique moderne : quantique et nucléaireSeconde → Terminale
Lis la carte d'identité d'un noyau (A, Z, X), ajoute des neutrons pour fabriquer ses isotopes, puis pèse des atomes : m ≈ A × m(nucléon).
Manipuler →Le photon : la lumière en grains d'énergie
⚛️ Physique moderne : quantique et nucléaireSeconde → BAC+1
Des ondes radio aux rayons gamma : fréquence, énergie d'un photon en J et en eV, nombre de photons émis par un laser, et seuil ionisant.
Manipuler →Et maintenant, on passe aux choses sérieuses ? 😉
ExpoSinus est un site d'éducation : les jeux et les articles sont là pour donner envie, les cours et les exercices pour progresser vraiment.
📘 Cours et fiches gratuitsTout le programme de maths et de physique-chimie, chapitre par chapitre, du collège au supérieur.Voir les cours →
✍️ Exercices et devoirs corrigésDes exercices progressifs et des devoirs surveillés, avec des corrigés détaillés étape par étape.S'entraîner →
👨🏫 Cours particuliersÀ domicile en Île-de-France (dès 24 €/h avec l'avance immédiate) ou en ligne partout en France.Voir les tarifs →