Niveluri de energie - Metoda fizică
rezumat
În această lecție vom analiza ceea ce se numește nivelurile de energie ale unui atom. Într-adevăr, fiecare atom are o energie și vom putea să o reprezentăm printr-o diagramă (și să facem calcule în același timp).
Înainte de a începe vom face o remarcă importantă TREEEEEEEES.
În acest capitol vom vorbi adesea despre frecvența, care este scrisă f (f pentru frecvență).
Dar pentru acest capitol, cărțile nu notează frecvența f, ci
Această literă care se pronunță „goală” arată ca un v, dar înclinată și la final ridicăm stiloul. Problema este că această scrisoare arată doar ca un v și am putea să o confundăm cu viteza (mai ales că vom vorbi despre viteza luminii în acest capitol ...).
Deci, chiar și în clasă este foarte posibil ca profesorul dvs. să noteze frecvența, dar o vom nota f (ceea ce este mult mai logic).
Cu toate acestea, dacă în enunț este marcat va trebui să îl respectați și să nu-l scrieți f ... trebuie să vă adaptați la enunț !
După această remarcă preliminară, să trecem la miezul problemei !
Diagrama energetică a unui atom arată astfel:
Putem avea și acest lucru:
Putem face deja câteva observații:
- fiecare linie orizontală corespunde unui nivel de energie. Această energie este în eV (electronvolți) dar în formulele pe care le vom vedea mai târziu trebuie să fie absolut în Joules !
În diagramă l-am pus în eV pentru a avea cifre „drăguțe”, așa cum puteți vedea între 0 și -20 aproximativ. Dacă am fi plecat în Joules, am fi avut 10-19 ceea ce nu este grozav ...
Reamintim că 1 eV = 1,6 × 10 -19 J (acest lucru nu trebuie învățat pe de rost, în general va fi reamintit în declarație).
- in caz contrar, cel mai scăzut nivel de energie se numește starea fundamentală, celelalte niveluri se numesc stări excitate. Amintiți-vă acest lucru deoarece numele nivelurilor de energie este adesea pus în întrebare !
Starea de bază corespunde stării în care atomul este în repaus.
- ai observat că aceste niveluri aveau un nume: E0, E1, E2 etc ... Mai întâi să știi că starea de bază nu este neapărat E0, ar putea fi foarte bine E1 (depinde de enunțuri).
În exemplu, am mers la E4, dar puteți merge foarte bine la E5, E6 etc ... ->
- există un nivel special care este E∞, care corespunde la 0 eV. Aceasta se numește starea de ionizare (mai multe despre aceasta mai târziu). Ceea ce este important este că corespunde cu 0 eV, deci energia altor niveluri este ... negativă, așa cum vedeți pe diagramă !
Acest lucru se datorează faptului că luăm în considerare electronii atomului, care se învârt în jurul nucleului (vezi capitolul despre atomi pentru mai multe detalii) și care sunt negative (vom vorbi despre asta imediat după).
Cu toate acestea, uneori se întâmplă să avem o diagramă cu energii pozitive, acest lucru nu schimbă calculele pe care le vom vedea mai târziu.
- în cele din urmă, energia atomului este cuantificat. Aceasta înseamnă că atomul poate lua doar anumite valori specifice de energie care corespund nivelurilor de energie din diagramă. Deci, în exemplu, atomul ar putea avea o energie de -7,2 eV sau -8,5 eV, dar nu -7,8 eV, deoarece nu există un nivel de energie la -7,8 eV !
Foarte des în control sau în bac, vi se va cere să explicați ce înseamnă cuantificarea energiei. Apoi va trebui să răspundeți că energia unui atom poate lua doar un anumit număr de valori corespunzătoare nivelurilor de energie.
Acum, că am văzut toate aceste caracteristici, să vorbim puțin despre fotoni înainte de a vedea valoarea acestei diagrame.
Un foton este o particulă a unei unde (sau a unei radiații). Lumina, de exemplu, este alcătuită din fotoni.
Acești fotoni au o anumită energie E care depinde de frecvența undei sau a radiației (cea care va fi notată f dar care este adesea notată).
Avem relația:
pe care îl veți găsi în cărți sub forma:
h este constanta lui Planck, h = 6,63 × 10 -34 J.s (nu trebuie cunoscut pe de rost, este dat în enunț)
f este frecvența undei (în Hz)
E este energia fotonului (atenție în Jouli . , nu în eV ...)
Această formulă este imperativă să o cunoaștem .
Dar vom putea să o transformăm puțin
Într-adevăr, am văzut în capitolul despre unde că, notând c viteza luminii în vid, λ lungimea de undă și T perioada (cu T = 1/f), avem:
Prin înlocuirea formulei de mai sus, obținem:
Această a doua formulă trebuie învățată și pe de rost! (chiar dacă o puteți găsi cu mica demonstrație pe care tocmai am făcut-o).
În această formulă, E și h sunt aceleași ca înainte.
c este viteza luminii în vid (3,00 × 10 8 m.s -1)
λ este lungimea de undă a undei (în metri).
Deci avem două formule pentru energia fotonului. Pentru a ști pe care să îl utilizați, totul depinde de ceea ce aveți sau de ce căutați în declarație !
Dacă aveți frecvența, veți utiliza prima formulă. Dacă aveți lungimea de undă, veți folosi a doua formulă.
Idem dacă vi se solicită frecvența, veți utiliza prima formulă, dacă vi se solicită lungimea de undă, veți folosi a doua formulă.
Dar pentru ce vor fi folosiți acești fotoni? ?
Tranziții de energie
După cum tocmai am văzut, un foton corespunde unei anumite energii. În schimb, o energie corespunde unui foton.
Ideea este că avem un electron care se află la un nivel de energie. Acest electron (în roșu în diagrame) va putea merge la un alt nivel, orice nivel (aceasta se numește tranziție energetică). Această tranziție se concretizează printr-o săgeată: