CHAPITRE 16 - L`ATOME : OUVERTURE AU MONDE QUANTIQUE

Chapitre 16 - l’atome : Ouverture au monde quantique
CHAPITRE 16 - L’ATOME : OUVERTURE AU MONDE QUANTIQUE
FORCES ELECTRIQUES ET GRAVITATIONNELLES
• L'expression de la force électrique exercée par une particule placée en A de charge qA, sur une particule placée en B de
charge qB, est donnée par le vecteur: → F = k
qAqB
AB² →
u AB
où AB est la distance entre les deux particules, k est une constante de valeur k = 8,99.109 SI, et → u ABest le vecteur unitaire
dirigé de A vers B. Cette force est attractive si les charges électriques sont de signes opposés, répulsive dans le cas
contraire.
• L'expression de la force gravitationnelle exercée par une masse ponctuelle de masse mA placée en A, sur une masse
ponctuelle de masse mB placée en B, est: → F = _ G
mAmB
AB² →
u AB
où G est la constante de la gravitation de valeur G = 6,67 • 10-11 SI. Cette force est toujours attractive.
QUANTIFICATION DE L'ENERGIE
• L'énergie de l'atome est quantifiée, c'est-à-dire qu'elle ne peut prendre que des valeurs discrètes. La mécanique de Newton
ne permet pas d'interpréter cette quantification.
• Chaque élément chimique est caractérisé par un ensemble de niveaux d'énergie particuliers.
• L'état de plus faible énergie est appelé l'état fondamental, et correspond à l'état stable de l'atome. Les états d'énergie
supérieure à celle de l'état fondamental sont les états excités de l'atome. L'énergie des noyaux atomiques et des molécules est
également quantifiée.
MODELE DU PHOTON
• Un rayonnement lumineux monochromatique de fréquence ν correspond à un flux de photons.
Chaque photon possède l’énergie : E = hv = h c
λ (E en joules et ν en hertz)
h est la constante de Planck. h == 6,626•10-34 J•s avec 4 chiffres significatifs
TRANSITIONS ENTRE NIVEAUX, SPECTRES DE RAIES
• Le passage d'un atome d'un état à un autre, de niveau inférieur ou supérieur au premier, est appelé une transition
atomique.
• Grâce à un apport extérieur d'énergie, par exemple sous l'effet d'un rayonnement ou par collision avec un atome ou une
autre particule matérielle, l'atome peut être porté de son état fondamental vers l'un de ses états excités.
• Lorsque l'atome est dans un état excité, il peut se désexciter par émission d'un photon pour passer à un état d'énergie
inférieure.
• La fréquence du photon émis ou absorbé lors de la transition entre deux niveaux Ei et Ej est donnée par la relation de
Bohr:
h νij = Ei - Ej
Si Ei > Ej, l’énergie de l’atome diminue et il y a émission d’un photon.
Si Ei < Ej, l’énergie de l’atome augmente et il y a absorption d’un photon.
• Les transitions entre niveaux d'énergie permettent d'interpréter les spectres de raies. Les échanges d'énergie sont de l'ordre
de l'électronvolt (eV) pour l'atome et de l'ordre du MeV dans le cas du noyau.
CONNAISSANCES ET SAVOIR-FAIRE EXIGIBLES
Connaître les expressions de la force d’interaction gravitationnelle et de la force d’interaction électrostatique.
Savoir que l’énergie de l’atome est quantifiée et que la mécanique de Newton ne permet pas d’interpréter cette quantification.
Connaître et exploiter la relation .E = h ν
connaître la signification de chaque terme et leur unité.
Convertir les joules en eV et réciproquement.
Interpréter un spectre de raies.
Dans les échanges
d’énergie, associer le MeV au noyau et l’eV au cortège électronique.