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TS. φ COURS. Chapitre 15 : L’atome et la mécanique de Newton : ouverture au monde quantique. I. Limites de la mécanique de Newton L’atome est composé de particules : protons, neutrons, électrons. Les forces classiques : La force d’interaction électrostatique qui s’exerce entre deux charges q et q’ séparées par une distance d a pour valeur : elle est attractive si les charges sont de signe opposés, répulsive sinon. La force d’interaction gravitationnelle qui s’exerce entre deux masses m et m’ séparées par une distance d a pour valeur : elle est toujours attractive. On s’attend donc à ce que les atomes aient une structure analogue à celle du système solaire : le noyau au centre (Soleil), les électrons qui gravitent autour (planètes). Or, ce modèle n’est pas cohérent avec les observations expérimentales (par exemple, le rayon de tous les atomes d’un élément chimique est le même, ce que le modèle n’explique pas). Il est donc nécessaire de faire appel à de nouvelles lois pour décrire la structure des atomes : c’est la mécanique quantique. L’ordre de grandeur de l’énergie : Dans ce chapitre, nous allons voir les échanges d’énergie qui s’effectuent au niveau du cortège électronique : l’ordre de grandeur de ces énergies est ……………………………………………. C’est donc très différent de l’ordre de grandeur des énergies au sein du noyau (partie sur le nucléaire) : le ………………………………………………………………………………………… Conversion : 1 eV = 1,602×10-19 J II. Niveaux d’énergie d’un atome On attribue à un atome une énergie E qui dépend de l’énergie d’interaction électrostatique électron-noyau et de l’énergie cinétique des électrons qui gravitent autour du noyau. Un atome peut changer d’énergie suivant les conditions dans lesquelles il est placé. Toutefois, l’atome ne peut exister que dans certains états d’énergie bien définis, caractérisés par un niveau d’énergie. On dit que les valeurs de l’énergie de l’atome sont …………………………………………… On peut les représenter sur un …………………………………………… exercice 1 Lorsque l’énergie est minimale, on dit que l’atome est dans son état …………………………………………, sinon, on dit qu’il est dans un état ……………………………………………. L’énergie maximale correspond à l’énergie d’ionisation : c’est l’énergie à fournir pour arracher un électron à l’atome. Rq : en général, on affecte la valeur ……………… pour l’énergie maximale, l’énergie de l’atome est donc …………………………………………… III. Absorption ou émission de la lumière par les atomes 1. Le photon Jusqu’à présent, on a considéré la lumière comme une onde électromagnétique. - Cette onde se propage dans le vide à la célérité …………………………………………… - Les longueurs d’ondes visibles sont comprises entre …………………………………………… - La fréquence de l’onde est donnée par la formule : …………………………………………… - La période T est ……………………………………………on a aussi : …………………………………………… On peut également considérer la lumière comme un ……………………………………………: chaque photon est une particule : - …………………………………………… - ………………………………………………………………………………………… …………………………………………… - ………………………………………………………………………………………………………………………………………. On a alors la relation : avec : h=6,63.10-34 J.s constante de Planck exercice2 Rq : La lumière peut donc être vue soit comme une onde, soit comme une corpuscule (particule) : on appelle cela la « dualité onde-corpuscule » 2. Emission de la lumière Un atome peut émettre de la lumière lorsqu’il …………………….. de l’énergie. Il passe donc d’un état d’énergie Ep à un autre état En d’énergie plus faible. On dit qu’il effectue une transition du niveau p au niveau n. Cette variation d’énergie ……………………………………………. sert à produire un photon. Celui-ci aura alors un énergie Eph égale à ………………., et on aura la relation Remarque : exercice13 p. 327 - lampes à décharges : la lumière est due à des transitions entre les différents niveaux d’énergie des atomes constituant le gaz : on obtient une lumière constituée de plusieurs longueurs d’onde. - le LASER : Pour produire la lumière, on utilise une seule transition : on a donc une lumière avec une seule longueur d’onde. 3. Absorption de la lumière Lorsqu’un atome absorbe de la lumière, il ………………………….. de l’énergie. Un atome peut absorber de la lumière si l’énergie du photon incident correspond à l’énergie d’une transition entre l’état initial de l’atome et un autre état d’énergie plus élevée. exercice3
