MÉTAUX Métaux alcalino-terreux
Spectres d'alcalino-terreux
Lorsqu'on introduit dans la flamme d'un bec Bunsen ou dans le charbon d'un arc électrique un composé alcalino-terreux assez volatil, comme un halogénure, la flamme ou l'arc prend une coloration intense, dont la couleur caractérise le métal : rouge brique pour le calcium et le strontium, jaune-vert livide pour le baryum, rouge carmin pour le radium. Le spectre, comme celui des métaux alcalins, est constitué de raies ou de groupes de raies. Contrairement aux spectres d'alcalins, les spectres de flamme ne sont pas dus aux atomes libres, mais à des molécules. Un spectrographe très dispersif montre que chaque raie est, en fait, une bande complexe, et chaque composé, halogénure, oxyde, ainsi que le métal lui-même, donne un spectre légèrement différent ; cependant, les raies essentielles se conservent et leur intérêt analytique est important. Les dosages d'ions alcalino-terreux en solution se font usuellement par spectrophotométrie d'émission de flamme ou par spectroscopie d'absorption atomique.
Le spectre d'arc est un spectre d'atomes, car à haute température, les molécules sont détruites. Ces spectres peuvent comporter plusieurs dizaines de raies, singulets, doublets et également triplets. Le spectre de doublets, semblable à celui des métaux alcalins, peut être attribué à l'ion M+, qui possède la même structure électronique que le métal alcalin qui le précède. Les spectres de raies simples et de triplets sont dus au métal non ionisé. L'étude théorique de ces spectres est très complexe.
Le principe du calcul consiste à attribuer à chaque niveau énergétique de l'atome un terme spectral qui le caractérise numériquement. Les radiations émises ou absorbées correspondent aux sauts des électrons d'un niveau à l'autre, et la valeur des énergies mises en jeu est égale à la différence entre le niveau d'arrivée et le niveau de départ de l'électron. Dans le cas des spectres d'arc des alcalino-terreux, les nombres d'onde peuvent être déterminés à partir de deux séries de termes spectraux, la première composée de termes simples, notés 1S, 1P, 1D, la seconde composée de termes triples à l'exception du premier, notés 3S, 3P, 3D. Les raies obtenues par combinaison de deux termes simples sont simples ; les raies obtenues par combinaison des termes triples sont multiples.
Dans le cas de la série principale 3S − m3P, le terme 3P est triple, et les raies obtenues sont cette fois des triplets, dont les calculs montrent facilement que l'intervalle sera constant. La première série secondaire 3P − m3D devrait être constituée de raies à 9 composantes, puisque les deux termes sont triples ; en fait, on ne constate que la présence de 6 raies élémentaires, dont 3 fortes.
Lorsque, sous l'effet d'une excitation, un des électrons s passe sur une orbitale d de la même couche électronique, le spin résultant peut être 0 ou 1, selon que les spins élémentaires se retranchent ou s'ajoutent ; dans le premier cas, le nombre quantique secondaire et le nombre quantique interne sont égaux, les termes obtenus sont simples, ce sont eux que l'on note 1S, 1P, 1D ; dans le second cas, les spins s'ajoutent, on obtient trois valeurs possibles pour le quantum interne : J = L + 1, L, L − 1, d'où la série de termes spectraux de multiplicité 3 notés 3S, 3P, 3D. Les termes spectraux étant triples, ils déterminent deux intervalles dont le premier est, en général, égal à la moitié du second ; ces intervalles varient sensiblement, comme dans le cas des alcalins, avec le carré de la masse atomique de l'élément.
Les éléments zinc, cadmium, mercure, qui sont très différents du point de vue chimique, ont des structures électroniques semblables, et par suite des spectres d'arc identiques.[...]
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Écrit par
- Jean PERROTEY : docteur ès sciences, maître assistant à l'université de Haute-Normandie
Classification
Médias
Tableau périodique des éléments
Encyclopædia Universalis France
Métaux alcalino-terreux : propriétés physiques
Encyclopædia Universalis France
Métaux alcalino-terreux : propriétés chimiques
Encyclopædia Universalis France
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