MATIÈRE (physique)État gazeux

Dans le cas d'un gaz sous faible pression, les interactions entre molécules sont faibles et on peut relier les propriétés d'absorption ou d'émission du gaz à celles de la molécule isolée.

Du fait du principe de la conservation de l'énergie, l'énergie perdue (absorption) ou gagnée (émission) par le rayonnement se retrouve sous la forme d'énergie gagnée ou perdue par les molécules. Cet effet se traduit essentiellement par l'échange d'un photon d'énergie hν entre la molécule et le rayonnement :

où E₂ et E₁ sont deux niveaux d'énergie de la molécule ou de l'atome et ν et v̄ sont respectivement la fréquence et le nombre d'ondes de la transition. Suivant que la transition s'effectue entre états électroniques, entre états vibrationnels ou entre états rotationnels, les absorptions s'observent généralement dans les domaines visible-ultraviolet, infrarouge ou micro-ondes.

Les niveaux d'énergie peuvent être discrets ou appartenir au continuum. Dans le premier cas, on observe l'existence de raies spectrales de fréquences ou de nombres d'onde bien déterminés alors que, dans le second cas, on a une absorption continue.

Les transitions entre niveaux d'énergie sont le plus souvent des transitions dipolaires électriques qui résultent de l'interaction du moment dipolaire électrique de la molécule avec le rayonnement électromagnétique. Elles ne sont pas toutes permises et obéissent à ce qu'il est convenu d'appeler des règles de sélection.

L'intensité lumineuse I(v̄) transmise par une couche homogène de gaz absorbant d'épaisseur l éclairée par un rayonnement incident d'intensité I₀(v̄) est donnée par la loi de Beer-Lambert :

où τ (v̄) est l'épaisseur optique. Pour τ (v̄) ⪡ 1 ou τ (v̄) ⪢ 1, on parle d'un milieu optiquement mince ou optiquement épais.

L'é[...]