Je me suis basé sur des explications de wikipédia pour le début/ le cours/ et ce que j'ai compris.
Puis je vous ai mis des exemples et des remarques pour illustrer
.1) Excitation d'un atome :
On appelle excitation tout phénomène qui sort un système de son état de repos pour l'amener à un état d'énergie supérieure. Le système est alors dans un état excité.
Un atome est dans un niveau excité lorsque son énergie est supérieure à celle de l'état fondamental.
Dans des conditions normales, les électrons vont toujours rechercher l'orbite qui a l'énergie potentielle la plus basse.
C'est à dire les couches/orbites ou orbitales les plus internes.
Celles ou leur niveau d'énergie Wn est le plus bas.
Ou encore celles ou leur énergie de liaison El est la plus haute.
L'état fondamental correspond donc à l'état où les électrons occupent les couches les plus internes possibles de l'atome.
Ex: Prenons pour exemple un atome d'hydrogène dans son état fondamental
Cet atome représente le système auquel on va s'interresser :
Dans ce cas son électron se trouve sur la couche K, c'est à dire que son niveau d'énergie vaut -13,6 eV, c'est le niveau d'énergie minimal que cet électron puisse atteindre.
L'électron capte alors un photon qui lui restitue son énergie Eph.
Dans ce cas là plusieurs cas se présentent.
A) Soit l'énergie du photon est inférieure à l'Energie de liaison de l'électron.
Eph < El
Eph < 13,6 eV avec l'atome d'hydrogène pris pour exemple.
Cas A-1)
Si Eph correspond exactement à la différence d'énergie qui séparent deux niveaux d'énergie de l'atome, alors l'électron peut passer de l'une à l'autre couche.
Si Eph = |Wb - Wa|
L'électron qui capte ce photon passe de la couche "a" à la couche "b".
Il y aura alors eu alors absorption par le système (l'atome) d'une énergie correspondant à l'énergie du photon : Eph.
L'atome s'est excité.
Rq :Ce cas explique les raies noires du spectre d'absorption d'un atome.
Ex: le photon à une énergie de 10,2 eV
Dans ce cas l'électron passe de la couche K à la couche L car
Wl - Wk = 10,2 eV
L'atome d'hydrogène se trouve dans son premier état excité.
Cas A-2)
Si Eph ne correspond pas exactement à la différence entre deux niveaux d'énergie et est inférieure à l'énergie de liaison, alors l'électron capte ce photon mais ne peut rien faire de l'énergie qu'il a captée, il la restitue alors au milieu sans changer de couche sous forme d'un photon identique mais dont la direction aura changé.
Il s'agit d'une diffusion du photon qui garde la même longueur d'onde.
Il n'y a donc pas excitation du système : il ne peut absorber cette énergie du fait de la quantification des niveaux d'énergie de ses électrons. (1er et 2eme postulats de bohr)
Si Eph =/= |Wx - Wn| (avec x couche quelconque)
et Eph < Eln
Pas d'absorption d'énergie => diffusion du photon
Rq : ce cas explique "les parties colorées" non absorbées du spectre d'absorption d'un atome.
Ex : le photon à une énergie de 9 eV
Il n'existe aucune couche dans l'atome d'hydrogène ayant un niveau d'énergie de -4,6 eV
L'electron restitue donc ce photon au milieu extérieur.
B) Soit l'énergie du photon est supérieure à l'énergie de liaison de l'électron :
Eph > El
Dans ce cas là, l'électron utilise tout ou une partie de cette énergie pour se débarrasser de l'attraction du noyau, et l'énergie restante devient sont énergie cinétique.
Ec = El - Eph
Votre système atome = noyau + électron
Perd donc un électron dont l'énergie potentielle de départ était égale à l'énergie de liaison.
Votre atome est excité par ionisation. Son état d'excitation correspond à l'énergie de liaison de l'électron qu'il a perdu.
(Et pas l'énergie du photon qu'il a absorbé car l'électron s'en est allé avec une partie de cette énergie)
Ex:
Votre électron de l'atome d'hydrogène reçoit un photon d'énergie 20 eV
Son énergie potentielle de départ est de -13,6eV
Une partie des 20 eV est utilisée pour échapper à l'attraction du noyau si bien que lorsque votre électron aura utilisé 13,6 eV, son énergie potentielle sera de 0, il ne subira donc plus l'influence du noyau et il s'échappera de votre système avec l'énergie restante 6,4 eV qui se convertiront en énergie cinétique , et votre système = votre atome aura absorbé 13,6 eV de cet énergie.
L'état d'excitation de l'atome est donc égal à l'énergie de liaison de l'électron qu'il a perdu. Ici 13,6 eV.
Il s'agit donc de l'état énergétique maximal que l'atome d'hydrogène puisse atteindre.
1) Désexcitation d'un atome :
Nous avons donc vu dans la première partie qu'un atome pouvait être excité par :
- Passage d'un de ses électrons sur une couche plus externe
- Par ionisation
Cet atome se trouve d'un en état énergétique plus élevé que son état fondamental, il va spontanément chercher à retourner à l'état fondamental et pour cela plusieurs cas sont possibles :
A) S'il était excité par passage d'un électron sur une couche plus externe :
Fluorescence directe et en cascade :
Il peut alors se désexciter par fluorescence, c'est à dire par un mécanisme inverse de celui qui l'a excité :
L'électron passe d'une couche externe à une couche interne en émettant un photon dont l'énergie est égale à la différence d'énergie entre les 2 couches (2eme postulat de Bohr).
La fluorescence est directe si l'électron passe directement sur la couche la plus interne. (émission d'un photon)
Elle est en cascade si l'électron passe par une couche intermédiaire, et émet plusieurs photons en retournant sur la couche a plus interne dont la somme des énergies est égale à celle du photon obtenu après fluorescence directe.
L'électron Auger :
C'est un cas particulier,
L'énergie au lieu d'être émise par fluorescence via un photon, est cédée directement à un électron d'une couche plus externe (il n'y aurait donc a priori pas intervention de photon dans ce cas la , juste de l'énergie transmise je ne sais pas comment....)
Nous avons donc notre premier électron qui retourne d'une couche externe à une couche plus interne en émettant de l'énergie (Energie1 qui sera ensuite captée par un deuxieme électron:
Energie1 = |Wfinal - Winitial|
Cette énergie est captée par un électron qui est ionisé (à condition que l'énergie1 soit > El :
L'énergie cinétique de l'électron Auger vaut donc :
Ec = Energie1 - ElAuger
Donc dans ce cas :
Energie cinétique Eauger = (NRJ de liaison de la couche ou attérit le 1er e-) - (NRJ de liaison de la couche d'où vient le 1er e-) - (NRJ de liaison de la couche d'où vient l'e- Auger).
/!\ Attention cependant si ionisation (=> voir la partie suivante)
A) S'il était excité par ionisation :
Il peut capter un électron du milieu extérieur, qui va se placer dans une case vacante d'une couche en émettant un photon d'énergie égale à l'énergie de liaison de cette couche.
Car votre électron passe d'un niveau d'énergie de 0eV à un niveau d'énergie Wn.
Le photon émis a donc une énergie de :
Eph = |Wn - 0 | = Eln
Cas d'électron Auger après une ionisation :
Attention, dans le cas où l'atome était ionisé, le premier électron peut venir de l'extérieur et donc le terme "- NRJ de liaison de la couche d'où vient le 1er e-" vaut 0.
L'Ec de l'électron Auger vaut donc :
Energie cinétique Eauger = NRJ de liaison de la couche ou attérit le 1er e- - NRJ de liaison de la couche d'où vient l'e- Auger.
Ex: Si un atome de Bore (Z = 5) est ionisé sur sa couche K.
On prend
Wk = -100eV
Wl = -20eV
Wn = -1eV
Il possède une case vacante sur sa couche K, l'atome a donc un état d'excitation de 100 eV.
Il doit donc chercher à perdre 100eV.
En captant un électron du milieu extérieur qui retourne sur sa couche K, l'électron passe d'un niveau d'énergie de 0eV à un niveau d'énergie de -100 eV, il émet donc un photon de 100 eV.
Mais, l'ion B+ aurait aussi bien pû capter cet électron sur sa couche L (il y a 5 places dispo) auquel cas l'électron serait passé d'un niveau d'énergie de 0eV à -20eV, l'atome se serait donc désexcité de 20 eV.
Et il aurait ensuite perdu les 80 eV restants pas fluorescence : passage d'un e- de la couche L à la couche K.
Ou encore, (avec émission d'un électron Auger)
Votre atome capte un e- du milieu extérieur qui se place sur la couche K, émission d'un photon de 100eV, qui est tout de suite capté pas un e- d'une couche plus externe (de la couche L), cet électron utilise 20 eV de ces 100 eV pour s'échapper du noyau, et les 80 eV restants deviennent son énergie cinétique : l'atome a donc perdu 80 eV et son niveau énergétique est donc maintenant de 20 eV (car case vacante sur sa couche L).
Dîtes le si je ne suis pas assez clair, j'essaie d'expliquer simplement avec mes mots ce que j'ai moi même compris.
).