Série de Lyman

Durée : 10 mn

Note maximale : 4

Question

On veut utiliser un rayonnement UV pour dégrader une matière plastique azotée par rupture des liaisons carbone-azote. L'énergie de liaison est de\(\mathrm{1168,7}~\textrm{kJ.mol}^{-1}\).

1. Quelle doit être la longueur d'onde en\(\mu\textrm{m}\)du rayonnement utilisé pour rompre une liaison \(\textrm{C}-\textrm{N}\) ?

2. Pour produire cette radiation on utilise le spectre d'émission de l'hydrogène.

Quelle transition de la série de Lyman doit-on sélectionner ?

On donne :

\(\overline{\nu} = \frac{1}{\lambda} = \textrm{R}_{\textrm{H}}~Z^{2} \bigg\arrowvert\frac{1}{\textrm{n}_{\textrm{f}}^{2}} - \frac{1}{\textrm{n}_{\textrm{i}}^{2}}\bigg\arrowvert\)

\(\textrm{R}_{\textrm{H}} = \mathrm{1,096778}~10^{5}~\textrm{cm}^{-1}\) \(\qquad\) \(\textrm{N} = \mathrm{6,02}~10^{23}~\textrm{mol}^{-1}\) \(\qquad\) \(\textrm{e} = \mathrm{1,602}~10^{-19}\textrm{C}\)

\(\textrm{c} =3~ 10^{8}~\textrm{m.s}^{-1}\) \(\qquad\) \(\textrm{h} = \mathrm{6,626}~10^{-34}\textrm{J.s}\)

Solution

L'énergie de liaison se rapporte à une mole de liaisons\(\textrm{C}-\textrm{N}\).

On doit d'abord calculer en Joule l'énergie\(\epsilon\)de rupture d'une seule liaison.

\(\epsilon = \frac{\mathrm{1168,7}~10^{3}}{\mathrm{6,02}~10^{23}} = \mathrm{1,941}~10^{-18}~\textrm{J}\)

Cette énergie est apportée par un photon de longueur d'onde\(\lambda\). La relation de Planck-Einstein permet d'écrire :

\(\epsilon = h\frac{c}{\lambda}\)

Soit :

\(\lambda = h\frac{c}{\epsilon} = \mathrm{6,626}~10^{-34}\times\frac{\mathrm{2,998}~10^{8}}{\mathrm{1,941}~10^{-18}} = \mathrm{1,0234}~10^{-7}~\textrm{m}\)

En nanomètres, on obtient :

\(\lambda = \mathrm{102,34}~\textrm{nm}\)