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Chimie analytique

Absorption et émission atomiques (AAS, ICP)

Comment des atomes excités émettent une lumière de couleurs fixes, du test de flamme aux instruments qui dosent les métaux à l’état de traces.

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IntuitionIntuition : l’empreinte colorée d’un atome

Une pincée de sel de cuisine dans une flamme la fait briller en jaune ; le cuivre la rend verte. La chaleur envoie les électrons sur des niveaux plus hauts et, en retombant, l’atome émet de la lumière. Les niveaux de chaque élément étant fixes, les couleurs le sont aussi.

Bec Bunsen 3D avec un fil portant un sel ; la couleur de la flamme dépend du métal.
Choisissez un ion métallique pour voir la couleur approximative de sa flamme. Les couleurs sont celles perçues par l’œil, non des spectres mesurés.

ScolaireNiveau scolaire : couleurs des métaux courants

Couleurs de flamme (approximatives)
IonCouleur
Li⁺rouge carmin
Na⁺jaune-orangé intense
K⁺lilas
Ca²⁺rouge-orangé
Sr²⁺rouge
Ba²⁺vert pâle
Cu²⁺bleu-vert

UniversitaireNiveau universitaire : de la couleur à la mesure

ΔE=hν=hcλ\Delta E = h\nu = \frac{hc}{\lambda}

Exemple: La raie D du sodium

Le sodium émet vers λ=589\lambda = 589 nm. Trouver l’énergie du photon en eV et par mole.

Solution

E=hc/λ=6,626×10−34×2,998×108/589×10−9=3,37×10−19E = hc/\lambda = 6{,}626\times10^{-34} \times 2{,}998\times10^{8} / 589\times10^{-9} = 3{,}37\times10^{-19} J =2,10= 2{,}10 eV, et ×NA\times N_A donne environ 203 kJ/mol.

En émission atomique (photométrie de flamme, ICP), l’intensité d’une raie choisie est proportionnelle à la concentration de l’élément. En absorption atomique (AAS), une lampe du même élément envoie de la lumière à travers la flamme et l’on mesure l’atténuation selon la loi de Beer–Lambert. Les deux utilisent un étalonnage ; l’ICP atteint des températures bien plus hautes qu’une flamme et dose de nombreux éléments à la fois à l’état de traces.