\begin{titlepage}
\begin{center}

\chapter{Spectroscopie}
\minitoc

\vspace{5cm}
\pgfspectra[element=He,absorption]
\end{center}
\vfill % Remplir le reste de la page avec du blanc
\end{titlepage}
\pagestyle{monstyle}
\setcounter{page}{1}

\section{Structure de l'atome}

\subsection{Description de l'atome}

\begin{center}
\begin{tikzpicture}
\begin{footnotesize}
\filldraw[moncadre](0,0) rectangle ++(0.9\linewidth,8);
\coordinate (n) at (4,4);
\draw (n) circle (3cm);
\filldraw [fill=orange](n)++(45:0.2)circle(.3cm);
\filldraw [fill=violet](n)++(135:0.2)circle(.3cm);
\filldraw [fill=orange](n)++(-145:0.2)circle(.3cm);
\filldraw [fill=violet](n)++(-45:0.2)circle(.3cm);
\filldraw (n)++(60:3)circle(2pt);
\draw [Latex-](n)++(60:3)++(0.2,0)--++(3,0)node[right,align=left,anchor=north west]{\textbf{électrons} : \\ m=\num{9.11e-31}~kg \\ q = \num{-1.6e-19} C};
\filldraw [Latex-](n)++(0:1)--++(4,0)node[right,align=left,anchor=north west]{\textbf{nucléons} : \\ $\rightarrow$ protons : m=\num{1.673e-27}~kg \\ \hspace{2cm} q = \num{1.6e-19} C\\ $\rightarrow$ neutrons : m=\num{1.675e-27} kg \\ \hspace{2cm} q = 0};
\end{footnotesize}
\end{tikzpicture}

\bigskip
\opt{docprof}{
	\begin{commentaires}
Remarques :
\begin{itemize}
\item Écart de masse important entre nucléons et électrons : la masse est concentrée dans le noyau.
\item Le noyau est environ 100 000 fois plus petit que l'atome entier.
\item L'atome est neutre : il comporte autant de protons que d'électrons.
\end{itemize}
\end{commentaires}}
\opt{docetudiants}{
\quadrill{16,4}
}
\end{center}


\subsection{Symbole d'un noyau}
%\vspace{1cm}
\begin{center}
\opt{docprof}{
\begin{tikzpicture}[xscale=0.5]\footnotesize
\filldraw [moncadre](0,0) rectangle ++(\linewidth,4);
\draw (0.75\linewidth,2)node(a){\Huge{Fe}};
\draw (a)++(135:0.6)node(A)[left,red]{56};
\draw (a)++(-135:0.6)node(Z)[left,blue]{26};
\draw [->,dashed,smooth](A) --++(-1,1)--++(-.5,0)node[left,align=left]{nombre de masse A :\\ nombre total de nucléons};
\draw [->,dashed](Z) --++(-1,-0.5)--++(-.5,0)node[left,align=left]{numéro atomique Z :\\ nombre de protons};
\end{tikzpicture}\normalsize
\captionof{figure}{Symbole complet d'un noyau}
}
\opt{docetudiants}{
\begin{tikzpicture}[xscale=0.5]\footnotesize
\filldraw [moncadre](0,0) rectangle ++(\linewidth,4);
\draw (0.75\linewidth,2)node(a){\Huge{Fe}};
\draw (a)++(135:0.5)node(A)[left=1mm,red]{56};
\draw (a)++(-135:0.5)node(Z)[left=1mm,blue]{26};
\draw [->,dashed,smooth](A) --++(-1,1)--++(-.5,0);
\draw [->,dashed](Z) --++(-1,-0.5)--++(-.5,0);
\end{tikzpicture}\normalsize
\captionof{figure}{Les nombres identifiant un noyau}}
\end{center}

%\newpage

\subsection{Quelques définitions}
\begin{itemize}\itemsep0.3cm
\item On appelle \textbf{élément chimique} l'ensemble des espèces chimiques (atomes, ions) caractérisés par \textbf{le même numéro atomique Z}.

%\medskip

\item On appelle \textbf{nucléide} l'ensemble des noyaux ayant le même symbole (et donc la même composition.)

\medskip
\opt{docprof}{
%\textcolor{blue}{
	\textit{Exemples~:} \hspace{1cm} le carbone 12 :~\ce{^12_6C} \hspace{1cm} le chlore 35 :~ \ce{^35_17Cl} \hspace{1cm} le carbone 14 :~ \ce{^14_6C}.
Ces 3 symboles sont différents les uns des autres : chacun représente un \emph{nucléide}.
%}
}
\opt{docetudiants}{\dotfill}

\bigskip
\opt{docetudiants}{
\textcolor{blue}{
\textit{Exemples~:} \hspace{1cm} le carbone 12 :~~ \ce{^12_6C}\hspace{1cm}  le carbone 14 :~\ce{^14_6C}
}
}
%\opt{docetudiants}{\dotfill}

\end{itemize}
\medskip
\begin{tcolorbox}[title=Définition : isotopes]
On appelle \textsc{isotopes} des noyaux de\textbf{ même numéro atomique}, mais de \textbf{nombre de masse différent}.
\end{tcolorbox}

\subsection{Configuration électronique d'un atome}

\compo[0.75]{

Les électrons d'un atome se répartissent dans différentes \textbf{couches électroniques}.

Chaque couche électronique ne peut contenir qu'un nombre limité d'électrons :
\begin{itemize}
\item 2 électrons pour la couche K, 8 électrons pour la couche L, 18 électrons pour la couche M.
\item on remplit d'abord la couche K, jusqu'à ce qu'elle soit saturée. Puis la couche L, etc.
\item la dernière couche occupée s'appelle \underline{la couche externe}. Ses électrons sont dits \emph{périphériques}, les autres électrons étant les \emph{électrons de c\oe ur}.
\end{itemize}
}{
\centering
\elconf{Mg}

\bigskip

\bohr{12}{Mg}
}
\vspace{1cm}

\textit{Exemple} : donner la répartition électronique des atomes suivants, en identifiant les différentes couches électroniques :

\medskip hélium (Z = 2)\dotfill

\bigskip
azote (Z = 7)\dotfill

\bigskip
sodium (Z = 11) \dotfill

\bigskip

\compo[0.4]{

Sur la classification périodique, chaque ligne correspond au remplissage d'une couche électronique.
}{
\begin{tikzpicture}
\def\cote{0.5}
\foreach \col in {1,...,18}{
\draw ({\cote*(\col +0.5)},0.25)node{\tiny \pgfmathprintnumber{\col}};
	\foreach \ligne in {1,...,6}
		\draw (\col*\cote,-\ligne*\cote) rectangle ++(\cote,\cote);
}
\fill[white](\cote*2cm+0.2pt,-\cote cm+0.2pt) rectangle ++(\cote*16cm -0.4pt,\cote);
 \fill[white](\cote*3cm+0.2pt,-\cote*3cm+0.2pt) rectangle ++(\cote*10cm-0.4pt,\cote*3);
 \draw [-Latex](0,-0.5*\cote)node[left]{K}--++(0.5,0);
 \draw [-Latex](0,-1.5*\cote)node[left]{L}--++(0.5,0);
 \draw [-Latex](0,-2.5*\cote)node[left]{M}--++(0.5,0);
\end{tikzpicture}
}

\bigskip
\opt{docprof}{
	\begin{commentaires}
	2 exemples dans les cases.
	\end{commentaires}
}
\opt{docetudiants}{\quadrill{17,3}}

\newpage

\section{Les ondes électromagnétiques}
\subsection{Grandeurs caractéristiques}

Animation : \monurl{https://www.geogebra.org/m/YKuG3zNZ}

\compo[0.6]{

Une onde est la propagation d'une perturbation dans un milieu, sans transport de matière, mais avec transport d'\textbf{énergie}.\\
On distingue 2 types d'ondes : les ondes \textit{mécaniques} et les ondes \textit{électromagnétiques}.
}{

\fbox{\includegraphics[width=5cm]{imagesCours_211/spectro4}}
}

\bigskip
\begin{itemize}
\item Les \textbf{ondes mécaniques} nécessitent un \textbf{milieu matériel} pour se propager (surface de l'eau, ondes sonores, croûte terrestre$\dots$)
\item les \textbf{\OEM} se propagent \textbf{même dans le vide}.
Dans ce chapitre, on se limite à l'étude des \OEM.

\bigskip
Deux grandeurs caractéristiques des \OEM :
\item \textbf{Longueur d'onde} $ \lambda $: distance séparant deux maximums consécutifs.
\item \textbf{Période} $ T $ : durée entre deux passages de perturbations consécutives au même point.
\item \textbf{Célérité} $ c $: vitesse de propagation de l'onde. Sa valeur dans le vide est une constante physique fondamentale : $c\simeq$ \num{3.0e8}~\ms
\item \textbf{Fréquence} $\nu$ : nombre de répétitions par seconde.
\end{itemize}

\subsection{Relation entre les grandeurs}

\emph{Il est impératif de mémoriser ces relations, ainsi que les unités SI.}

\bigskip
\hfill\formenc{\nu=\frac{1}{T}}\hfill\formenc{\lambda = c \times T}\hfill\formenc{\lambda = \frac{c}{\nu}}\hfill~

\medskip
\opt{docetudiants}{
	\quadrill{17,2}
}
\opt{docprof}{
	\begin{commentaires}
		La fréquence est inversement proportionnelle à la période.

		La longueur d'onde est inversement proportionnelle à la fréquence.
\end{commentaires}
}


\subsection{Domaines du spectre électromagnétique}
{\centering
\input{SpectreElectromag.tex}
}

\opt{docprof}{
\begin{commentaires}
Les différents domaines sont découpés selon leurs propriétés et leur mode de production.
Valeurs limites du domaine visible : \textbf{400~nm} -- \textbf{800~nm}.
\end{commentaires}
}

%\newpage

\subsection{Dualité onde -- corpuscule}

\subsubsection{L'expérience historique de H.Hertz}

Animation :~\monurl{https://phet.colorado.edu/en/simulation/legacy/photoelectric}

\medskip
\compo[0.5]{

\fbox{\includegraphics[width=\textwidth]{imagesCours_211/spectro6}}
}{

L'\textbf{effet photoélectrique} est l'expulsion d'électrons d'un métal, sous l'action d'un rayonnement.

L'effet est indépendant de l'intensité lumineuse du faisceau. Il se manifeste au-delà d'une certaine fréquence de l'onde lumineuse, c'est-à-dire \textbf{en dessous d'une certaine longueur d'onde}  (les valeurs seuils dépendent du métal éclairé).
}

\subsubsection{Le photon}
En 1905, A. \bsc{Einstein} est le premier à proposer une interprétation de l'effet photoélectrique, dans un article qui sera récompensé par un prix Nobel.\par
On peut considérer une onde électromagnétique comme un flux de corpuscules (particules) ou \og \emph{grains d'énergie} \fg, appelés \og \emph{photons} \fg. Chacun d'eux transporte une énergie donnée par la relation :
$$E=h\times \nu$$
Ce modèle permet d'interpréter l'effet photoélectrique : les électrons ne sont expulsés du métal que si les photons incidents possèdent l'énergie suffisante, et donc la fréquence suffisante.

Relation Énergie -- longueur d'onde :

\medskip
\centerline{\formenc{E=\frac{h\times c}{\lambda}}}

\medskip
Tout rayonnement doit être considéré à la fois comme une onde \textbf{et} comme un flux de photons. Ces deux aspects sont indissociables : c'est \emph{la dualité onde -- corpuscule}.

\medskip

\opt{docprof}{
\begin{commentaires}
Exemple de calcul :

Calculer l'énergie d'un photon de lumière \textcolor{rouge}{rouge (600 nm)}, et celle d'un photon \textcolor{violet}{UV (200 nm)}.\vspace{5pt}
\end{commentaires}
}

\medskip
\opt{docprof}{
	\begin{commentaires}
Comme l'énergie et la longueur d'onde sont inversement proportionnelles, l'effet ne se déclenche que \textit{si la longueur d'onde passe en-deçà d'une valeur plafond}.
	\end{commentaires}
}

\opt{docetudiants}{
	\quadrill{17,3}
}

L'ordre de grandeur des énergies est très faible, en joules. On utilise souvent une autre unité d'énergie : \textbf{l'électronvolt} (eV). \textit{Convertir en eV les énergies précédentes}.

\medskip
\opt{docetudiants}{
	\quadrill{17,2.0}
}

\newpage

\section{Spectres et structure des atomes}

\subsection{Spectres d'émission et d'absorption}

Un spectre lumineux est un document donnant d'importantes informations sur une source de lumière ou sur la matière qu'elle a traversé.\\
Pour visualiser \textbf{le spectre d'émission} d'une source, on utilise un dispositif similaire à celui-ci :
\begin{center}
\begin{tikzpicture}\scriptsize
\filldraw[moncadre](1.5,-0.5) rectangle ++(10,4);
\coordinate (source) at (3,2);
\draw (source) node[draw,circle,fill=orange,font={\bfseries\sffamily},text width=1cm,align=center]{source de \\lumière};
\foreach \a in {-1,...,1}
\draw [-Latex](source)++(30*\a:1)--++(30*\a:1);
\draw [very thick](5.5,1.8)node[below right]{fente}--++(0,-1);
\draw [very thick](5.5,2.2)--++(0,1);
\draw [thick,->](5.7,2)--++(2,0);
\coordinate (prisme) at (7,1.5);
\draw [-Latex](prisme)++(20:1)--++(-20:2);
\draw [-Latex](prisme)++(10:1)--++(-45:1.5);
\filldraw [fill=LightBlue,rotate=-30](prisme)--++(1.5,0)--++(120:1.5)--++(240:1.5)--cycle;
\draw (prisme)++(-60:1)node[align=center]{élément \\dispersif};
\draw [very thick](9,0.5)--++(35:2.5)node[midway,below,sloped,text width=2.5cm]{écran où se projette le spectre};
\end{tikzpicture}\normalsize
\captionof{figure}{Montage d'observation d'un spectre d'émission}
\end{center}
Si la source de lumineuse est un corps chaud (filament d'une lampe, métal chauffé, lave en fusion), on voit apparaître sur l'écran un \textbf{spectre de la lumière blanche}(\cref{spectrecontinu}).

\begin{center}
\input{spectreLumiereBlanche.tex}
\captionof{figure}{Le spectre de la lumière blanche. C'est un \textbf{spectre continu}, car il présente une gamme \textit{ininterrompue} de longueurs d'onde.}\label{spectrecontinu}
\end{center}

Si la source de lumineuse est un gaz traversé par une décharge électrique, on voit apparaître sur l'écran un \textbf{spectre de raies d'émission}.
\begin{center}
 \pgfspectra[element=He,label,axis,Imin=.05] \\
 \medskip
 \pgfspectra[element=Hg,label,axis,Imin=.05] \\
 \captionof{figure}{\textbf{Spectres de raies d'émission} de l'hélium et du mercure. Ce sont des spectres \textit{discontinus} : seules certaines longueurs d'onde sont présentes, séparées les unes des autres. Le spectre de raies est une signature caractéristique d'un élément. Chaque atome ne peut émettre des radiations qu'à certaines longueurs d'onde.}\label{spectreraies}
\end{center}

\medskip
Comment obtenir \textbf{un spectre d'absorption} :

\compo[0.65]{

%\begin{center}
\pgfdeclareverticalshading{rainbow}{100bp}
{color(0bp)=(red); color(25bp)=(red); color(35bp)=(yellow);
color(45bp)=(green); color(55bp)=(cyan); color(65bp)=(blue);
color(75bp)=(violet); color(100bp)=(violet)}
\begin{tikzpicture}[shading=rainbow]\scriptsize
\filldraw[moncadre](1.5,-0.5) rectangle ++(10,4);
\coordinate (source) at (3,2);
\draw (source) node[draw,circle,fill=orange,font={\bfseries\sffamily},text width=1cm,align=center]{source de \\lumière \\blanche};
\foreach \a in {-1,...,1}\draw [-Latex](source)++(30*\a:1)--++(30*\a:1);
\shade[shading angle=90](source)++(-0.5,-1.8) rectangle ++(1.5,0.5);
\draw [very thick](5.5,1.8)node[below right]{fente}--++(0,-1);
\draw [very thick](5.5,2.2)--++(0,1);
\draw [thick,->](5.7,2)--++(2,0);
\fill[violet](6,1.8) rectangle++(1,0.5);
\draw [dashed](7,2.3)--++(60:0.5)node[right]{substance absorbante};
\coordinate (prisme) at (7,1.5);
\draw [-Latex](prisme)++(20:1)--++(-20:2);
\draw [-Latex](prisme)++(10:1)--++(-45:1.5);
\filldraw [fill=LightBlue,rotate=-30](prisme)--++(1.5,0)--++(120:1.5)--++(240:1.5)--cycle;
\draw (prisme)++(-60:1)node[align=center]{élément \\dispersif};
\draw [very thick](9,0.5)--++(35:2.5)node[midway,below,sloped,text width=2.5cm]{écran où se projette le spectre};
\end{tikzpicture}\normalsize
%\end{center}

}{

\captionof{figure}{Montage d'observation d'un spectre d'absorption. On place une substance sur le trajet de la lumière ; on observe le spectre de cette substance.}
}

\newpage
\begin{center}
\pgfspectra[element=H,axis,label,absorption] \\
\pgfspectra[element=Hg,axis,label,absorption] \\
\captionof{figure}{\textbf{Spectres de raies d'absorption} de l'hélium et du mercure. Les raies noires correspondent exactement aux raies colorées du spectre d'\emph{émission} du même élément. Autrement dit, un élément n'absorbe que les radiations qu'il est capable d'émettre.}
\end{center}

\subsection{Interprétation des spectres de raies}
Puisque la position des raies est caractéristique de l'élément chimique, ces raies contiennent des informations sur \textbf{l'organisation interne de l'atome}.\\
La première interprétation des raies est donnée par le physicien danois Niels \textsc{Bohr}, en 1913.

\subsubsection{Niveaux d'énergie de l'atome}

\compo[0.4]{

\begin{tikzpicture}[scale=0.7]
\filldraw [moncadre] (-2.5, -0.5) -- (6, -0.5) -- (6, 16) -- (-2.5, 16) -- (-2.5, -0.5);
  \draw
   (0.5,0.5) -- (4,0.5) node  [right] {$E_1$}
   (0.5,10.2) -- (4,10.2) node  [right] {$E_2$}
   (0.5,12.09)-- (4,12.09) node  [right] {$E_3$}
   (0.5,12.75)-- (4,12.75) node  [right] {$E_4$}
   (0.5,13)-- (4,13)
   (0.5,13.3)-- (4,13.3)
   (0.5,13.4)-- (4,13.4)
   (0.5,13.5)-- (4,13.5)
   (0.5,13.6)-- (4,13.6) node [right] {$E_\infty$}
   (0,0.5)  node  [left] {-13,6}
  (0,10.2)  node  [left] {-3,40}
   (0,12.09)  node  [left] {-1,51}
   (0,12.75)  node  [left] {-0,85}
   (0,13.6)  node  [left] {0,00}
     [very thick,->] (0,0) -- (0,15) node [right] {$E_{(eV)}$};
\end{tikzpicture}
\captionof{figure}{Les niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène.}

}{

\begin{itemize}\itemsep0.5cm
\item L'énergie d'un atome ne peut prendre que certaines valeurs discontinues : on dit que l'énergie d'un atome est \emph{quantifiée}.
\item Le niveau de plus basse énergie ($E_1$) correspond à la répartition normale des électrons dans les couches (ordre d'énergie croissante). L'atome est alors dans \textbf{son état fondamental}.
\item Si l'atome reçoit de l'énergie, un électron peut passer sur une sous-couche d'énergie supérieure ; l'atome possède alors une énergie plus élevée ($E_2, E_3$) : il est alors dans \textbf{un état excité}.
\item Si l'atome reçoit suffisamment d'énergie, l'électron peut quitter l'atome, qui est alors à \textbf{l'état ionisé} ($E_\infty= 0$).\\
Toutes les autres valeurs d'énergie sont \textbf{négatives}.
\end{itemize}
\vspace{2cm}~
}

\newpage

\subsubsection{Transitions électroniques}

\compo[0.60]{

On considère l'atome d'hydrogène à l'état excité $E_4$ :

Lorsque l'atome passe du niveau $E_4$ vers le niveau $E_2$, il perd de l'énergie sous forme d'\OEM (photon). Cette transition s'accompagne de l'émission d'un photon, d'énergie :

\medskip
\opt{docprof}{
\[E_{ph}=E_3 - E_2 \]
La longueur d'onde du photon émis vaut :


\[\lambda=\frac{h\times c}{E_{ph}}=\frac{h\times c}{E_3 - E_2}\]\\
en prenant garde à convertir les énergies en J.

\bigskip

\begin{commentaires}
Application numérique :~\textcolor{red}{$\lambda =657~nm$ : raie rouge}

Qu'en est-il pour la transition $E_4 \rightarrow E_2$ :\\
$\lambda$ inférieure ou supérieure ?

On trouve :~\textcolor{NavyBlue}{$\lambda =487~nm$ : raie bleue}\\
%\vspace{2cm}
Les photons ainsi émis sont appelés \emph{photons de fluorescence}.
\end{commentaires}
}
\opt{docetudiants}{
\quadrill{9.5,7.5}
}
}{

\begin{tikzpicture}
\draw [very thick] (-1.5, -0.5) -- (5, -0.5) -- (5, 8) -- (-1.5, 8) -- (-1.5, -0.5);
  \draw
   (0.5,0.5) -- (4,0.5) node  [right] {$E_1$}
   (0.5,3) -- (4,3) node  [right] {$E_2$}
   (0.5,4.5)-- (4,4.5) node  [right] {$E_3$}
   (0.5,5.5)-- (4,5.5) node  [right] {$E_4$}
   (0.5,6.0)-- (4,6.0)
   (0.5,6.3)-- (4,6.3)
   (0.5,6.4)-- (4,6.4)
   (0.5,6.5)-- (4,6.5) node [right] {$E_\infty$}
   (0,0.5)  node  [left] {-13,6}
  (0,3) node  [left] {-3,40}
   (0,4.5)  node  [left] {-1,51}
   (0,5.5)  node  [left] {-0,85}
   (0,6.5)  node  [left] {0,00}
   [very thick,->] (0,0) -- (0,7) node [above] {$E_{(eV)}$};
\draw [red,>=Stealth,->] (2,4.5) -- (2,3)node[midway,left]{(A)};
\draw [NavyBlue,>=Stealth,->] (3,5.5) -- (3,3)node[near end,right]{(B)};
\end{tikzpicture}
\captionof{figure}{Interprétation de l'émission de lumière par un atome.}
}

\bigskip
On peut donc associer chaque raie du spectre à une transition énergétique du diagramme :

 \begin{center}
\pgfspectra[element=H,axis,label,width=12cm,axis step=50]
 \end{center}

C'est la démarche inverse qu'a eue N. \textsc{Bohr} : à partir des raies du spectre, il en a déduit l'existence des niveaux d'énergie, ainsi que leurs valeurs.

Cette interprétation explique également la correspondance entre les raies colorées du spectre d'émission et les raies noires du spectre d'absorption.

\begin{center}
\pgfspectra[element=H,axis,label,absorption,width=12cm] \\
\end{center}
Une \textbf{raie noire} correspond à \textbf{une transition vers le haut} (\textbf{augmentation d'énergie}), entre deux mêmes niveaux que la transition vers le bas de même longueur d'onde.\\
Autrement dit, un atome ne peut \textbf{absorber} (raies noires) que les mêmes longueurs d'onde que celles qu'il peut \textbf{émettre} (raies colorées).
\\


\begin{center}
\begin{tcolorbox}[title=Condition d'absorption]
Seuls peuvent être absorbés les photons dont \textbf{l'énergie est exactement égale à un écart entre deux niveaux} du diagramme.
\end{tcolorbox}
\end{center}

\newpage

\subsubsection{Nomenclature des raies d'émission}

\compo[0.4]{

\begin{tikzpicture} [scale=0.7]
\draw [very thick] (-1.5, -0.5) -- (7, -0.5) -- (7, 8) -- (-1.5, 8) -- (-1.5, -0.5);
  \draw
   (0.5,0.5) -- (6,0.5) node  [right] {K}
   (0.5,3) -- (6,3) node  [right] {L}
   (0.5,4.5)-- (6,4.5) node  [right] {M}
   (0.5,5.5)-- (6,5.5) node  [right] {N}
   (0.5,6.0)-- (6,6.0)
   (0.5,6.3)-- (6,6.3)
   (0.5,6.4)-- (6,6.4);
\draw   [very thick,->] (0,0) -- (0,7) node [right] {$E_{(eV)}$};
\draw [very thick,blue,>=stealth,->] (1,3) -- (1,0.5);
\draw [very thick,blue,>=stealth,->] (1.5,4.5) -- (1.5,0.5);
\draw   [very thick,blue,>=stealth,->] (2,5.5) -- (2,0.5);
\draw    [very thick,red,>=stealth,->] (2.5,4.5) -- (2.5,3);
\draw     [very thick,red,>=stealth,->] (3,5.5) -- (3,3);
\draw         [very thick,red,>=stealth,->] (3.5,6) -- (3.5,3);
\draw                 [very thick,gray,>=stealth,->] (4,5.5) -- (4,4.5);
\draw                         [very thick,gray,>=stealth,->] (4.5,6) -- (4.5,4.5);
\draw                         [very thick,OliveGreen,>=stealth,->] (5,6) -- (5,5.5);

\end{tikzpicture}
}{

On regroupe d'abord les raies par \textbf{famille}, suivant la couche d'arrivée.

\bigskip
La nomenclature a été adoptée par \textit{analogie avec l'atome H}, pour lequel $E_1$ correspond à l'électron sur la couche K, $E_2$ à la couche L, etc.
}


\subsection{Énergie d'ionisation d'un atome}

\begin{tcolorbox}[title=Définition]
L'\textbf{énergie d'ionisation} d'un atome est l'énergie nécessaire pour arracher un électron, à partir de son état fondamental.
\end{tcolorbox}

\medskip
\opt{docprof}{%
\textcolor{blue}{Calcul pour l'atome H.}
}

\opt{docetudiants}{%
\quadrill{17,1}
}

\medskip
\compo[0.58]{%

\textit{Que se passe-t-il si le photon incident possède une énergie supérieure à l'énergie d'ionisation ?}

\medskip
Le photon est \textbf{absorbé}. L'atome est porté à l'état ionisé, et l'électron arraché est mis en mouvement.

L'excédent d'énergie du photon est récupéré par l'électron sous forme \textbf{cinétique}.

Les atomes constitutifs des tissus biologiques ont des énergies d'ionisations très proches :

\begin{center}
\begin{tabular}{cccc}
\midrule
H & C & N & O\\
\midrule
13,6 & 11,3 & 14,5 & 13,6\\
\midrule
\end{tabular}
\end{center}

Les photons transportant une énergie égale ou supérieure à cet ordre de grandeur sont classés comme \emph{rayonnement ionisants} : rayonnements $X$ et \textgamma.
}{

\begin{tikzpicture}
\draw [very thick] (-1.5, -0.5) -- (5, -0.5) -- (5, 8) -- (-1.5, 8) -- (-1.5, -0.5);
  \draw
   (0.5,0.5) -- (4,0.5) node  [right] {$E_1$}
   (0.5,3) -- (4,3) node  [right] {$E_2$}
   (0.5,4.5)-- (4,4.5) node  [right] {$E_3$}
   (0.5,5.5)-- (4,5.5) node  [right] {$E_4$}
   (0.5,6.0)-- (4,6.0)
   (0.5,6.3)-- (4,6.3)
   (0.5,6.4)-- (4,6.4)
   (0.5,6.5)-- (4,6.5) node [right] {$E_\infty$}
   (0,0.5)  node  [left] {-13,6}
  (0,3) node  [left] {-3,40}
   (0,4.5)  node  [left] {-1,51}
   (0,5.5)  node  [left] {-0,85}
   (0,6.5)  node  [left] {0,00}
   [very thick,->] (0,0) -- (0,7) node [above] {$E_{(eV)}$};
\draw [very thick,NavyBlue,>=stealth,->] (3,0.5) -- (3,6.5);
\draw [very thick,red,>=stealth,<->] (3,6.5) -- (3,7.5);
\draw [very thick,>=stealth,<->] (2,0.5) -- (2,7.5);
\draw (2,5) node [left]{$E_{ph}$};
\draw (3,5) node [right]{\textcolor{NavyBlue}{$E_i$}};
\draw (3,7) node [right]{\textcolor{red}{$E_c$}};
\end{tikzpicture}
}

\subsection{Énergie de liaison d'un électron}
Plus les électrons sont situés sur des couches profondes, proches du noyau, plus ils sont solidement liés au noyau.

\medskip
\begin{tcolorbox}
L'énergie d'un niveau -- \textit{en valeur absolue} -- correspond à \textbf{l'énergie de liaison} d'un électron se trouvant sur la couche correspondante.
\end{tcolorbox}

