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L’atome
1ͲStructuredel’atome
Unatomeestlapluspetitepartied’uncorpssimpleconservantencore
sespropriétés.Ilestneutre.Ilcomprendunnoyauetdesélectrons.
Lenoyau,généralementassimiléàunesphère,estchargépositivement.
Ilcontientdesnucléons,constituésprincipalementdedeuxtypesde
particules,lesprotons,chargéspositivementetlesneutrons,decharge
électriqueq,nulle.
Lesélectronssontquantàeuxchargésnégativement.Ilsgravitent
autourdunoyausousformed’un«nuageélectronique».
Tableau1.1:Caractéristiquesprincipalesdesconstituantsdel’atome
Particule(symbole)ChargeMasse
Electron(eͲ)Ͳe=Ͳ1,602.10Ͳ19C9,11.10Ͳ31Kg
Proton(p)+e=+1,602.10Ͳ19C1,67.10Ͳ27Kg
Neutron(n)q=01,67.10Ͳ27Kg
ChaqueatomeestreprésentéparsonsymboleXetestdéfiniselondeux
paramètresnommésZetA.Zounuméroatomique,situéenbasàgauchedu
symbol,traduitlenombredeprotonmaisaussilenombred’électrons,lorsque
l’élémentétudiéestneutre.Aounombredemasse,localiséenhautàgauche
dusymbole,correspondàlasommedunombredeprotonsetdeneutrons
dontlenoyauestconstitué.
Chaqueatomeestalorsdécritàl’aidedusymbolisme:
X
Z
A
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Chapitre1
2ͲAtomeeténergie
2.1ͲModèledeBohr
AlasuitedupostulatdePlanck(lessystèmesémettentunrayonnement
parsautd’énergieE=hXoùh=6,6310Ͳ34J.sestlaconstantedePlancketXla
fréquencedurayonnement),Bohrprésenteunmodèleregroupantles
principessuivants:(1)Chaqueélectrongraviteautourdunoyauendécrivant
uneorbiteadmisecommeétantcirculaireetcentréeautourdecedernier.
Plusieursorbitesdifférentesexistentdansunatome.Ellessontassociéesàdes
niveauxd’énergiedifférents.(2)Chaqueatomenepeutadmettrequecertains
étatsd’énergiequantifiésparunniveaud’énergiepropre.(3)L’émissionou
l’absorptiond’uneradiationn’estobservéequelorsdupassaged’unniveau
d’énergieàunautre.
Figure1.1:Absorptionetémission
E
Em
Niveau m
Niveau n
absorption émission
hQ
CemodèlepermetdedonnercommevaleurdumomentangulaireP
del’électronquiinfluesurladirectiondunombrequantiquemagnétiquem(cf
paragraphe3.1decechapitre):P=nh/2Soùnestlenombrequantique
principal(cfparagraphe3.1decechapitre)eth,laconstantedePlanck.Il
autoriseunedescriptioncorrectedel’atomed’hydrogène.
L’atomed’hydrogènepeutabsorberouémettredesquantitésd’énergie
correspondantaupassaged’unniveaud’énergieàunautre.
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L’atome
Lespectred’émissiondel’atomed’hydrogènesecomposedansle
domaineduvisible,dequatreraies,HG,HJ,HEetHDpourlesquellessont
associéesàchacuned’entreellesunelongueurd’onde410(HG),434,2(HJ),
486,1(HE)et656,3nm(HD.
Acettesériederaiesestassociéelarelationsuivante:
1
O=V = Rh 1
n
2
1
m
2
-
Avec Rh=constantedeRhydberg
O=longueurd’onde
V=nombred’onde
netmentiersnaturelsavecmшn+1
L’atomed’hydrogènedanssonétatfondamental,correspondau
niveaudeplusbasseénergieE1pourlequeln=1etE1=Ͳ13,6eV.Ilprésente
undiagrammed’énergieetunspectred’émissioncaractériséparlepassage
d’unniveauénergétiqueEnàunniveauinférieuravecuneémissiond’énergie.
Figure1.2:Diagrammeénergétiqueetspectred’émissiondel’atome
d’hydrogène
E (eV)
-0,85
-1,51
-3,42
-13,6
n = f
n = 4
n = 3
n = 2
n = 1 Série de Lyman
Série de Balmer
Série de Paschen
Série de Brackett
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Chapitre1
Lesquatrepremièressériesderaiesobservéesdanscespectre
d’émissioncorrespondentàdestransitionsbiendéfinies.PourlatransitionEь
ї1,ils’agitdelasériedeLyman.LatransitionEьї2correspondàlasériede
Balmer.LestransitionsEьї3etEьї4portentrespectivementlesnomsde
sériesdePaschenetBrackett.Eь correspondàunétatlibredel’électron,ou
encoreàunétationisépourl’atome.
3ͲModèlequantiquedel’atome
Lemodèlequantiquedel’atomereposesurdeuxprincipes:leprincipe
del’ondeassociéeetceluidel’incertituded’Heisenberg.Leprincipedel’onde
associéeestbasésurladualitéondeͲcorpuscule:àtouteparticuledemassem
etdevitessevenmouvementrapide,corresponduneondedelongueur
d’ondeʄ,etinversementàtouteondeélectromagnétique,estassociéeune
particule.Larelationcaractéristiquedeceprincipeest:ʄ=h/mQ(hconstante
dePlanck).Leprinciped’incertitudeestimeirréalisableladescriptionexactede
latrajectoired’uneparticule.Ladéterminationsimultanéedelapositionxet
delavitessevn’estpasenvisageable.Leproduitdesincertitudesestalors
donnéeparl’inégalitéd’Heisenberg:ȴx.ȴvшh/2ʋm.Lanotiondeprobabilité
deprésenced’uneparticuleremplacelapositionprécised’unélémentenun
pointdonné.Ceprincipepermetd’associeràchaqueélectrondel’atomeune
fonctiond’ondenomméeʗobtenueparrésolutiondel’équationde
Schrödinger.Soncarré,ʗ2exprimelaprobabilitédeprésencedel’électron,à
unmomentdonné,dansuncertainvolumedel’espacecaractériséparses
coordonnéesx,y,z.Lesrégionsdel’espacepourlesquelleslaprobabilitéde
trouverl’électronestmaximalesenommentorbitalesatomiques.
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L’atome
3.1Ͳ Nombresquantiquesetreprésentationgraphiquedesorbitales
atomiques.
Larésolutiondel’équationdeSchrödingerafindeconnaîtrelessolutions
ʗ,anécessitél’introductiondeparamètresappelésnombresquantiques.
Lenombrequantiqueprincipalnestunentiernaturel.Ildéfinitla
coucheouniveauénergétique.Aunevaleurden=1,correspondlacoucheK;
n=2,lacoucheL;n=3,lacoucheMetn=4,lacoucheN.OnanomméK,la
coucheplusprochedunoyaupuisviennentens’éloignantaufuretàmesure
dunoyau,lescouchesL,M,N,….Lacoucheremplielapluséloignéedunoyau
estappeléecoucheexterneetlesélectronsdecettecouche,électrons
périphériques.
Lenombremaximald’électronscontenusdanslacoucheKest2.La
coucheLrenfermeaumaximum8,lacoucheM,18etlacoucheN,32
électrons.Unecouchepossédantsonnombremaximumd’électronsestdite
saturée.
Tableau1.2:Exemplesdecorrespondancesentrevaleursdenombres
quantiquesetorbitales
nlmsorbitales
100+Щ2,ͲЩ2 s
20
1
0
Ͳ1,0,+1
+Щ2,ͲЩ2
+Щ2,ͲЩ2
s
p
30
1
2
0
Ͳ1,0,+1
Ͳ2,Ͳ1,0,+1,+2
+Щ2,ͲЩ2
+Щ2,ͲЩ2
+Щ2,ͲЩ2
s
p
d
Lenombrequantiquesecondairelounombrequantiqueazimutal,
traduitlessousͲcouchesousousͲniveauxénergétiques.Ilprenddesvaleurs
positivesentièrescomprisesentre0et(nͲ1).Cenombrepermetdedécrirela
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