Par Michael E Carpenter Mis à jour le 24 mars 2022
Les électrons, les particules subatomiques chargées négativement qui gravitent autour du noyau d’un atome, occupent des couches énergétiques discrètes. Lorsqu’un électron gagne suffisamment d’énergie, il peut sauter vers une couche supérieure ou même être éjecté de l’atome. Deux mécanismes principaux conduisent cette excitation :l'absorption des photons et le transfert d'énergie collisionnel.
Lorsqu’un photon possédant précisément la bonne énergie frappe un électron, celui-ci absorbe cette énergie et se déplace vers un niveau quantique supérieur. Chaque élément possède un ensemble unique d’espaces énergétiques autorisés, de sorte que seules des longueurs d’onde spécifiques sont absorbées. La transition est très sélective :les photons trop énergétiques ou trop faibles sont tout simplement ignorés. Une fois que l'électron revient à son état inférieur, il émet un photon de la même longueur d'onde, produisant les raies spectrales caractéristiques observées dans un spectroscope.
Lors d'une collision entre atomes ou ions, l'énergie cinétique peut être transférée aux électrons. Si l’énergie de collision dépasse le seuil d’excitation, l’électron saute vers une couche supérieure. Des impacts extrêmement énergétiques peuvent même ioniser l’atome, libérant ainsi l’électron qui pourra être capturé par une autre espèce. Ce processus sous-tend la formation de liaisons ioniques, où les électrons sont transférés entre les éléments.
Toutes les collisions ne génèrent pas d’excitation. L’énergie cinétique doit dépasser l’énergie de liaison de l’électron. La température est un facteur clé :des températures plus élevées augmentent la vitesse atomique et les taux de collision, augmentant ainsi la probabilité d’excitation électronique. À l'inverse, à basses températures, l'énergie cinétique est insuffisante pour une excitation ou des réactions chimiques significatives.
L'excitation électronique est à la base de tout le domaine de la spectroscopie. En analysant les longueurs d'onde émises, les chimistes peuvent identifier la composition élémentaire et déduire la structure de la couche électronique des atomes. Ces connaissances sont fondamentales pour comprendre le comportement atomique et concevoir des matériaux.