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S.Boukaddid Atomistique sup TSI
Structure ´electronique de l’atome
Table des mati`eres
1G´en´eralit´e 2
1.1 Mod`ele de Rutherford ........................... 2
1.2 El´ement chimique .............................. 2
1.3 Unit´e de la masse atomique (u) ...................... 3
1.4 Abondance naturelle isotopique xi..................... 4
2Quantification de l’´energie dans l’atome d’hydrog`ene 4
2.1 Spectre d’´emission-spectre d’absorption de l’atome hydrog`ene ..... 4
2.1.1 Dualit´e onde-corpusculaire de la lumi`ere ............. 4
2.1.2 Spectre d’´emission-Spectre d’absorption ............. 5
2.2 Interpr´etation du spectre-mod`ele de Bohr ................. 5
2.2.1 Mod`ele de Bohr ........................... 5
2.2.2 Interpr´etation du spectre ...................... 7
2.3 Cas des hydrog`eno¨ıdes ........................... 8
2.3.1 D´efinition .............................. 8
2.3.2 Energie des hydrog`eno¨ıdes ..................... 8
3Etat quantique d’un atome 8
3.1 Probabilit´e de pr´esence d’un ´electron ................... 8
3.2 Nombres quantiques ............................ 9
3.3 Couches-sous-couches-cases quantiques .................. 10
3.3.1 Couches (niveaux d’´energie) .................... 10
3.3.2 Sous-couches (sous-niveaux) .................... 10
3.3.3 Cases quantiques-Orbitales atomiques ............... 11
4Configuration ´electronique d’un atome 11
4.1 d´efinition .................................. 11
4.2 R`egles de remplissage ............................ 11
4.2.1 principe de Pauli .......................... 11
4.2.2 R´egle de Klechkowski ........................ 12
4.2.3 R´egle de Hund ........................... 13
4.3 Exemples de configuration ´electronique .................. 13
4.4 Electrons de valence-Electrons de coeur .................. 13
4.5 Notation de Lewis .............................. 14
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1G´en´eralit´e
1.1 Mod`ele de Rutherford
Mod`ele de rutherford : L’atome peut ˆetre visualis´e comme un noyau sph´erique central,de
diam`etre de l’ordre de 10−14m,charg´e positivement,auteur duquel gravite un cort`ege
´electronique. L’atome est ´electriquement neutre.
Ile diam`etre de l’atome est de l’ordre de 10−14m= 10 fermis
Ile diam`etre de l’atome est de l’ordre de : 10−10m= 0,1nm = 100pm
Ile cort`ege ´electronique contient Z´electrons : Zest appel´e nombre de charge ou
nombre atomique
Ile noyau contient Zprotons pour assurer l’´electoneutralit´e de l’atome et Nneu-
trons,on d´efinit le nombre de masse par :
A=Z+N
IEl´ectron
El´ectron : C’est une particule ´el´ementaire n´egative fondamentale :
•la charge de l’´electron : qe=−e=−1,6022.10−19C
•la masse de l’´electron : me= 9,1095.10−31kg
IProton
Proton : Particule ´el´ementaire fondamentale charg´ee positivement :
•la charge du proton qp= +e= 1,6022.10−19C
•la masse du proton mp= 1,6726.10−27kg = 1836me
INeutron
Neutron : Particule non charg´ee
•la charge du neutron : qN= 0
•la masse du neutron : mN= 1,6749.10−27kg ≈mp
1.2 El´ement chimique
IEl´ement chimique
El´ement chimique : un ´el´ement chimique Xest d´efini par par son num´ero atomique
Z
•pour Z= 6 : l’´el´ement correspond est le carbone C
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•pour Z= 15 : l’´el´ement correspond est le chlore Cl
•l’atome est repr´esent´e par A
ZX
•12
6C;35 17Cl ;14 7N...
IIsobares
Isobares : deux atomes ayant le mˆeme nombre de masse A mais les nombres ato-
miques Zdiff´erents
•14
6C;14 7N: deux isobares
IIsotopes
Isotopes : deux atomes ayant le mˆeme nombre de proton,mais les nombres des neu-
trons sont diff´erents
•14
6C;12 6C: deux isotopes
1.3 Unit´e de la masse atomique (u)
ILa mole
la mole : c’est le nombre de particules contenu dans le nombre d’Avogadro
N= 6,02.1023
IL’unit´e de la masse atomique
l’unit´e de la masse atomique : on d´efinit l’unit´e de la masse atomique (u) par :
1u=1
12(masse atomique de12
6C)
•1u=1
12
M(12
6C)
NA
=1
12
12
NA
(g) avec NA=Nmol−1
1u=1
NA
(g)
•la masse de l’´electron : me= 5,5.10−4u
•la masse du proton : mp= 1u
•la masse du neutron : mN= 1u
•la masse du noyau : m(noyau) = A.u
•la masse molaire M(AX) = A.g.mol−1
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1.4 Abondance naturelle isotopique xi
D´efinition : On l’abondance naturelle isotopique par
M=X
i
xiMi
•M : la masse de l’´el´ement
•Mi: masse molaire de l’isotope i
•xi: abondance naturelle isotopique
•Exemple
•35
17Cl
xi= 75,8%
Mi= 34,97g.mol−1
et 37
17Cl
xi= 24,2%
Mi= 36,97g.mol−1
•M(Cl) = x(35Cl)M(35Cl) + x(37Cl)M(37Cl) = 35,45g.mol−1
2Quantification de l’´energie dans l’atome d’hydrog`ene
2.1 Spectre d’´emission-spectre d’absorption de l’atome hy-
drog`ene
2.1.1 Dualit´e onde-corpusculaire de la lumi`ere
Inature ondulatoire de la lumi`ere : La lumi`ere est une onde ´electromagn´etique dont
la longueur d’onde appartient au domaine visible 0,46λ60,8µm . La nature
ondulatoire de la lumi`ere permet d’interpr´eter les ph´enom`enes d’interf´erence et
diffraction .
Inature corpusculaire de la lumi`ere : la lumi`ere est constitue d’un ensemble de
particules appell´es photons de masse nulle et se propagent dans le vide avec
une vitesse c= 3.108ms−1.La nature corpusculaire permet d’interpr´eter l’effet
photo´electrique (´ejection des ´electrons d’un m´etal) et l’effet compton...
Il’´energie d’un photon
Le photon porte une ´energie E=hν =hc
λet poss`ede une quantit´e de mouvement
−→
p=hν
c
−→
uavec −→ uvecteur unitaire.
•E=hν : quantum d’´energie
•ν: fr´equence de l’onde lumineuse
•h= 6,6260755.10−34J.s : la constante de Planck
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ITh´eorie du quanta
Th´eorie du quanta : les ´echanges d’´energie entre la mati`ere et le rayonnement se font
par ´emission ou absorption d’un multiple d’un quantum d’´energie hν
∆E=nhν ;n∈Z
2.1.2 Spectre d’´emission-Spectre d’absorption
IExp´erience
Spectre d’emission Spectre d’absorbtion
vapeur de
l’hydrog`ene
prisme Ecran
Source `a
spectre
continu vapeur de H2
IConclusion
Conclusion : les spectres d’absorption et d’´emission de l’hydrog`ene sont quantifi´es :
il s’agit des spectres de raies.
IFormule de Rydberg et Ritz
les longueurs d’ondes ´emises v´erifient la relation de Rydberg-Ritz
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λ=RH1 n2−1 p2;p>n; (p, n)∈N2
RH= 10979708,014m−1: constante de Rydberg
2.2 Interpr´etation du spectre-mod`ele de Bohr
2.2.1 Mod`ele de Bohr
IPostulat de Bohr
Postulat de Bohr : L’´electron gravite autour du noyau sur des orbites circulaires tel
que le moment cin´etique de l’atome −→ Loest quantifi´e
Lo=m.v.r =n~;~=h
2π;n∈N∗
•m: la masse de l’´electron et v: vitesse de l’´electron
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