Modèle de Bohr et raies spectrales

En mode Modèle, l’atome apparaît de deux façons côte à côte : le modèle de Bohr, avec les couches K, L, M…, et l’échelle d’énergie par sous-couches (s, p, d). Quand l’électron saute d’un niveau plus haut à un niveau plus bas, il émet un photon dont la couleur dépend de la différence d’énergie entre les niveaux. En mode Expérience, la lumière d’un tube à décharge passe par une fente et par un prisme et forme, sur la plaque photographique, les raies spectrales de l’élément : un "code-barres" de lumière qui identifie chaque atome. Avec le spectre d’absorption, de la lumière blanche traverse l’atome (dans l’Expérience, une lampe éclaire le gaz du tube, sans décharge) : il n’absorbe que les couleurs ayant l’énergie exacte d’un saut à partir du niveau fondamental, qui deviennent des raies sombres. C’est pourquoi le spectre d’absorption a moins de raies que celui d’émission. Beaucoup de gaz, comme l’hydrogène et l’hélium, n’absorbent que l’ultraviolet : sur la plaque photographique, qui ne montre que le visible, aucune raie sombre n’apparaît. En mode Construire, l’atome est construit en faisant glisser des protons, des neutrons et des électrons (ou en choisissant l’élément dans le tableau périodique), jusqu’à l’oganesson (Z = 118), avec la répartition selon la règle de Klechkowski : le nombre de protons définit l’élément, des électrons en plus ou en moins forment un ion et les neutrons changent la masse (les isotopes). Avec l’atome neutre, le bouton "Voir le spectre" mène au mode Modèle avec cet élément (le simulateur n’a que les raies des atomes neutres).

Les niveaux d’énergie et les raies sont des valeurs mesurées, tirées de la base de données de spectres atomiques du NIST. La couleur de chaque raie vient de la différence d’énergie entre deux niveaux, $\lambda = hc/\Delta E$. Ce n’est que pour l’hydrogène que le modèle de Bohr donne exactement ces valeurs ($E_n = -13{,}6/n^2$ eV) ; pour les autres atomes, les rayons des couches sont seulement illustratifs. Les raies très proches apparaissent comme une seule. En absorption, la probabilité que chaque saut absorbe vient de la force d’oscillateur calculée avec les coefficients d’Einstein du NIST ; la lumière blanche de la simulation envoie plus de photons aux énergies de ces sauts qu’une vraie lampe, pour que les raies apparaissent en quelques secondes.

Marco P. M. de Souza