Série de Balmer

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Article général Pour un article plus général, voir Spectre de l'atome d'hydrogène.

En physique atomique, la série de Balmer est la série de raies spectrales de l'atome d'hydrogène correspondant à une transition électronique d'un état quantique de nombre principal n > 2 vers l'état de niveau 2.

L'identification de la série et la formule empirique donnant les longueurs d'onde est due à Johann Balmer (en 1885) sur la base du spectre visible. La justification a posteriori provient de la physique quantique.

Terminologie et notation[modifier | modifier le code]

Chacune des raies de la série est appelée une raie de Balmer[1] et est notée par la lettre H. Les premières sont numérotées à l'aide de l'alphabet grec par ordre décroissant de longueur d'onde.

La limite de la série est appelée la limite de Balmer[2] et est notée H[3],[4],[5] [lire « H infini »].

Mise en évidence[modifier | modifier le code]

La série a été mise en évidence par Balmer en 1885. Il relève que les longueurs d'onde des raies alors connues sont les termes d'une suite qui converge vers 364,56 nanomètres. Il propose l'équation suivante qui permet de retrouver les longueurs d'onde des raies connues : H = m2/m2 – 22 h , où :

  • H est la longueur d'onde de la raie ;
  • m est un entier supérieur 2 ;
  • h est une constante de proportionnalité (h = 3645,6).

L'équation, connue comme la formule de Balmer, est aussi notée : λ = B m2/m2 – 22 ,B est la constante de Balmer.

Elle est aujourd'hui notée à partir de la formule de Rydberg :

RH est la constante de Rydberg associée à l'hydrogène.

Principales raies et limite de la série[modifier | modifier le code]

Principales raies de Balmer et limite de la série
Transition Notation usuelle Notation de l'IUPAB λ (Å) Couleur Commentaires
3 → 2 L-M 6 562,80[6] rouge
4 → 2 L-N 4 861,32[6] bleu
5 → 2 L-O 4 340,46[6] violet
6 → 2 L-P 4 101,73[6] violet
7 → 2 L-Q 3 970,07[6] proche ultraviolet
∞ → 2 H ~ 3 646 proche ultraviolet

Correspondances avec les raies de Fraunhofer[modifier | modifier le code]

Les raies Hα, Hβ, Hγ et Hδ de la série de Balmer correspondent respectivement aux raies de Fraunhofer C, F, f — aussi notée G′ — et h — bien que h soit aujourd'hui la notation de la raie de l'atome de magnésium ionisé une fois à 2 802 ångströms de longueur d'onde[7],[8].

La limite de Balmer est la région de l'extrémité bleue du spectre, située à 3646 ångströms de longueur d'onde, près de laquelle la séparation entre les raies successives diminue et s'approche d'un continuum.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Bernard Salamito (dir.), Stéphane Cardini, Damien Jurine et Marie-Noëlle Sanz (avec la collaboration d'Anne-Emmanuel Badel et François Clausset), Physique tout-en-un PCSI, Paris, Dunod, coll. « J'intègre », , 5e éd., 1248 p., 24 cm (ISBN 2-10-074989-7 et 978-2-10-074989-8, OCLC 948827130, notice BnF no FRBNF45048161, présentation en ligne), p. 1022 [lire en ligne (page consultée le 8 septembre 2016)].
  2. Jean Heyvaerts, Astrophysique : étoiles, univers et relativité, Paris, Dunod, coll. « Science sup », , 2e éd. (1re éd. 2006), X-384 p., 24 cm (ISBN 2-10-058269-0 et 978-2-10-058269-3, OCLC 816556703, notice BnF no FRBNF42740481, présentation en ligne), p. 5 [lire en ligne (page consultée le 8 septembre 2016)].
  3. (en) Vladimir G. Plekhanov, Isotopes in condensed matter, Berlin, Heidelberg et New York, Springer, coll. « Springer series in materials science » (no 162), , 1e éd., XIV-290 p., 23 cm (ISBN 978-3-642-28722-0, 978-3-642-43573-7 et 978-3-642-28723-7, OCLC 892073461, DOI 10.1007/978-3-642-28723-7, présentation en ligne), p. 55 [lire en ligne (page consultée le 8 septembre 2016)].
  4. (en) Kent A. Peacock, The quantum revolution: a historical perspective, Westport et Londres, Greenwood, coll. « Greenwood guides to great ideas in science », , 1e éd., XVIII-220 p., 26 cm (ISBN 0-31333448-X, 978-0-31333448-1, 0-31308835-7 et 978-0-31308835-3, OCLC 173368682), p. 30 [lire en ligne (page consultée le 8 septembre 2016)].
  5. (en) S. K. Dogra et H. S. Randhawa, Atomic and molecular spectroscopy, Delhi et Chennai, Pearson Education, (ISBN 933253353-9 et 978-933253353-0, présentation en ligne), p. 39 [lire en ligne (page consultée le 8 septembre 2016)].
  6. a, b, c, d et e (en) W. C. Martin et W. L. Wiese, Atomic spectroscopy: a compendium of basic ideas, notation, data, and formulas, National Institute of Standards and Technology, (1re éd. 1999) (lire en ligne [PDF]), § 19 : « Regularities and scaling », tableau : « Some transitions of the main spectral series of hydrogen ») [lire en ligne (page consultée le 8 septembre 2016)].
  7. (en) James B. Kaler, Stars and their spectra: an introduction to the spectral sequence, Cambridge et New York, Cambridge University Press, , 2e éd. (1re éd. 1989), XVIII-374 p., 23 cm (ISBN 0-521-899-54-0 et 978-0-521-899-54-3, OCLC 696605144, présentation en ligne), p. 71 [lire en ligne (page consultée le 8 septembre 2016)].
  8. (en) Kenneth R. Lang, Essential astrophysics, Berlin, Heidelberg et New York, Springer, coll. « Undergraduate lecture notes in physics », , 1e éd., XXI-635 p., 23 cm (ISBN 3-642-35962-0, 978-3-642-35962-0, 3-642-35963-9 et 978-3-642-35963-7, OCLC 867748792, DOI 10.1007/978-3-642-35963-7, présentation en ligne), p. 163 [lire en ligne (page consultée le 8 septembre 2016)].

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]