Introduction
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Coloration de flammes Applications Substances chimiques utilisées Tubes à décharge (Entladungslampen) Spectres d‘émission et d‘absorption http://www.ostralo.net/3_animations/s wf/spectres_abs_em.swf http://jersey.uoregon.edu/elements/Ele ments.html Le spectre de la lumière blanche Prisme Collimateur Film enregistreur Les spectres d‘émission Prisme Collimateur Film enregistreur Gaz chauffé Les spectres d‘absorption Prisme Collimateur Film enregistreur Le modèle de Bohr Niels Bohr, physicien danois, prix Nobel en 1922 Rappel: Le modèle de Bohr neutrons électriquement neutres protons chargés positivement noyau atomique enveloppe de l‘atome Le modèle de Bohr Couche K neutrons électriquement neutres protons chargés positivement noyau électrons chargés négativement couche L couche M enveloppe de l‘atome Le modèle de Bohr Nombre maximal d‘électrons de la couche n = 2 * n 2 Couche Numéro couche n K L M N O P Q 1 2 3 4 5 6 7 2n2 = = = = = = = 2 2 2 2 2 2 2 * * * * * * * Nombre d‘électrons max 1 2 3 4 5 6 7 2 2 2 2 2 2 2 2 8 18 32 50 72 98 Exemple: Modèle de Bohr de Al 27 - 13 Al 27 nucléons Dont 13 protons, donc aussi 13 électrons pour garantir l‘électroneutralité. 14 neutrons Couche K max. 2 e- 13 14 Couche L max. 8 eCouche M: Il reste 3 e- à placer La couche M est la couche de valence Buts du modèle de Bohr Le modèle de Bohr permet d‘expliquer les spectres de raies et de calculer les longueurs d‘onde des raies pour des atomes très simples. Postulats de Bohr Seulement des orbites bien définies sont permises à la circulation de l’électron Postulats de Bohr A chaque orbite correspond un niveau énergétique bien défini; aussi longtemps que l’électron séjourne sur une orbite déterminée, son énergie reste constante Postulats de Bohr En sautant d’une orbite sur une autre, l’électron échange avec le milieu ambiant la différence en énergie entre les niveaux énergétiques Application Le modèle de Bohr permet d’expliquer le spectre d’émission et d’absorption de l’atome d ’hydrogène http://www.physics.uoguelph.ca/applets /Intro_physics/kisalev/java/atomphoton /index.html http://www.colorado.edu/physics/2000/ quantumzone/bohr.html Absorption E E4 E3 E2 E1 L’électron se trouve dans l’état fondamental Absorption E E4 E3 E2 E1 excitation chaleur, lumière, décharge électrique L’électron se trouve dans l’état fondamental Absorption E E E4 E3 E2 E1 excitation chaleur, lumière, décharge électrique L’électron se trouve dans l’état fondamental E4 E3 E2 E1 L’électron se trouve dans un état excité Absorption E E Energie reçue par l’électron: E = E4 - E1 > 0 E4 E3 E2 E1 excitation E chaleur, lumière, décharge électrique L’électron se trouve dans l’état fondamental E4 E3 E2 E1 L’électron se trouve dans un état excité Emission E E4 E3 E2 E1 L’électron se trouve dans un état excité Emission E E4 E3 désexcitation E2 émission de lumière E1 L’électron se trouve dans un état excité Emission E E E4 E3 désexcitation E2 émission de lumière E1 L’électron se trouve dans un état excité E4 E3 E2 E1 L’électron retourne dans l’état fondamental Emission E E Energie cédée sous forme de lumière: E = E1 - E4 < 0 E4 E3 désexcitation E2 émission de lumière E1 L’électron se trouve dans un état excité E E4 E3 E2 E1 L’électron retourne dans l’état fondamental Simulation: Le modèle de Bohr de H http://www.walterfendt.de/ph11f/bohrh_f.htm Niveaux énergétiques pour H http://phys.educ.ksu.edu/vqm/free/h2spec.html Spectroscopie d‘absorption Inversion de population LASER http://www.physics.uoguelph.ca/applets/Intro_physics/kisalev/java/laser/ index.html Limites du modèle de Bohr Le principe d’incertitude de Heisenberg Limites du modèle de Bohr L’énergie des orbites pour des atomes qui comportent plus d’un électron ne peut pas être calculée. Si l’échantillon est placé dans un champ magnétique, son spectre d’émission présente de nombreuses raies qui ne peuvent pas être expliquées par le modèle de Bohr. Le principe d’incertitude de Heisenberg Le principe d’incertitude de Heisenberg interdit de connaître avec précision à la fois la position et la vitesse d’une particule de faible masse Relation entre l’incertitude sur la position et sur la vitesse d’une particule: h x v 4m Application numérique h x v 4m Si on admet une incertitude de 1000 m/s sur la vitesse de l‘électron, calculer l‘incertitude sur sa position. Solution m(e ) 9,11 10 31 kg v 10 3 m s 1 h x v 4m h x 4mv 6,624 10 34 J s x 4 9,11 10 31 kg 10 3 m s 1 x 5,79 10 8 Pour connaître la position d‘un électron dans un atome, il faut le préciser à au moins à 10-11 m près, comme le rayon de l‘atome est de l‘ordre 10-10 m. Or selon le principe d‘incertitude de Heisenberg, on ne peut avoir une meilleure précision que 10-8. Limites du modèle de Bohr Dans le domaine de l’infiniment petit, il est impossible d’accéder « par principe » à un certain nombre d’informations. Tout ce qu’on ne connaît pas par principe n’a aucune signification scientifique. Il faut développer un nouveau modèle atomique dans lequel on tient compte du fait que l’on ne peut pas localiser l’électron sur une orbite bien définie. =>Introduction du nuage électronique.
