Chap. 1.1 : structure atomique

Question 1

Modèle planétaire de Rutherford ?

Answer 1

Atome = un noyau central (chargé +), autour duquel gravitent les électrons.

L’essentiel de la masse de l’atome est concentré dans son noyau, puisqu’il est quasi fait que de vide.

Question 2

Qu’est ce que les nucléons ?

Answer 2

L’ensemble des neutrons et des protons, noté A. Aussi appelé le nombre de masse.

Question 3

Qu’est-ce qu’un élément chimique ?

Answer 3

Ensemble des atomes ayant le même nombre de protons (même Z) mais un nombre de neutrons différents (donc A et N ≠)

Question 4

Qu’est-ce qu’un nucléide ?

Answer 4

Deux éléments possédant le même nb de protons et de neutrons sont des nucléides.

même A ou (même N et même Z)

Question 5

Qu’est ce que le nombre de charge d’un nucléide ?

Answer 5

Aussi appelé le numéro atomique, c’est le nb de protons.

Question 6

Notion d’isotopie ?

Answer 6

Un élément Y est un isotope de l’élément X s’ils ont le même nb de protons mais pas le même nb de neutrons

Zy = Zx
Ny ≠ Nx
Ay ≠ Az

Question 7

isotope naturels ?

Answer 7

Un élément chimique est présent dans la nature en proportions de nucléides appelés isotopes naturels de l’élément.

Le pourcentage molaire est appelé l’abondance isotopique.
Plus il est élevé, + l’isotope est stable

Question 8

Masse théorique de l’atome ?

Answer 8

En théorie l’atome pèse au moins autant que la somme des masses de ses constituants : protons et neutrons.

Question 9

Masse réelle de l’atome ?

Answer 9

En vérité, la masse de l’atome n’est pas égale à la somme des masses de ses constituants. Ce défaut de masse est transformé en énergie

Question 10

Hypothèse de quantification de Bohr ?

Answer 10

Un électron ne peut occuper que certaines orbites bien précises qualifiées d’orbites stables ou permises, de rayon rn, avec n en lien avec le nombre quantique principal.

Tant qu’il circule sur une orbite permise, il ne rayonne aucune énergie.

Question 11

Comment évoluent les rayons des orbites successives de Bohr ?

Answer 11

Les rayons des orbites successives croissent comme le carré du nb entier n

Question 12

Que peut-on calculer si l’on connait le rayon sur lequel l’électron orbite ?

Answer 12

Sa vitesse

Question 13

Quelle est la condition de quantification de Bohr ?

Answer 13

Soit la constante de Planck, notée h = 2π.
Le moment cinétique de l’électron , par rapport au centre de l’orbite, ne peut prendre pour valeur que des multiples entiers de h

Question 14

Quel résultat la condition de quantification de Bohr nous permet d’obtenir ?

Answer 14

Si on connait la vitesse au rayon de la première orbite, on peut connaître toutes les vitesses, quelque soit le rayon.

Question 15

Qu’est ce qu’un hydrogénoïde ?

Answer 15

C’est une espèce cationique, ne possédant qu’un seul électron.

= Se conduit comme l’atome d’hydrogène.

Notation : X(z-1)+

Question 16

Rayonnement électromagnétique ?

Answer 16

Transfert d’énergie

Question 17

Interaction rayonnement/matière ?

Answer 17

Toute matière peut absorber ou émettre un rayonnement

Question 18

De quels types peuvent être les rayonnements ?

Answer 18

Qu’ils soient émis ou absorbés, il y a deux possibilités :
- r. à spectre continu : ils comportent toutes les fréquences
- r. à spectre discontinu : ne comportent que certaines fréquences

Question 19

Comment obtient-on le spectre d’émission de l’hydrogène ?

Answer 19

En excitant les atomes par décharge électrique.
Les électrons excités vont graviter sur une certaine couche.
Lorsqu’ils reviennent à l’état normal, ils émettent une quantité d’énergie qui est caractéristique du niveau électronique atteint.

Or, l’énergie est liée à la longueur d’onde. On obtient donc un spectre discontinu où les raies situées à différents endroits nous donnent les niveaux d’énergie atteints.

Question 20

Relation entre l’énergie, la fréquence et la longueur d’onde ?

Answer 20

E = hv ou hc/λ

Avec :
- h : la constante de Planck
- v : la fréquence
- c : la célérité de la lumière
- λ : la longueur d’onde

–> L’énergie atteinte est d’autant plus grande que la fréquence est élevée et la longueur d’onde basse

Question 21

Analyse du spectre d’émission ?

Answer 21

On rassemble les raies d’émissions en groupes, auquel on associe un n.

Question 22

lumière visible sur quelles longueurs d’onde ?

Answer 22

de 400nm (le violet) à 760nm

Question 23

Quels sont les noms des séries de raies d’émission ?

Answer 23

• n=1 : Série de Lyman (ultraviolets)
• n=2 : Série de Balmer (visibles)
• n=3 : Série de Paschen ( infrarouges)

Question 24

Absorption selon le modèle d’énergie de Bohr ?

Answer 24

Le passage de l’électron d’un niveau inférieur n à un niveau supérieur n’ (n < n’) requière l’absorption de quantités précises d’énergie ∆E (n→n’) > 0

Question 25

Emission selon le modèle d’énergie de Bohr ?

Answer 25

Le retour direct ou progressif de l’électron à l’état fondamental (relaxation ou désexcitation) s’accompagne par l’émission de quantités précises d’énergie ∆E (n’→n) < 0

Question 26

Lien entre l’aller et le retour entre deux couches bien précises ?

Answer 26

Le passage de la couche 1 à la couche 3 absorbe exactement la même énergie que celle qui est émise pendant le retour de la couche 3 à la couche 1.

Question 27

Qu’est-ce que l’énergie d’ionisation d’une espèce/atome/ion ?

Answer 27

énergie minimum requise pour lui arracher un électron, alors qu’elle est initialement dans son état fondamental.

Question 28

Energie d’ionisation dans le cas de l’atome d’hydrogène ?

Answer 28

Dans ce cas, il s’agit de l’énergie nécessaire pour amener l’unique électron de l’hydrogène, situé au niveau fondamental, n=1, à à l’infini.

Question 29

Que dit le principe d’incertitude d’Heisenberg ?

Answer 29

Il est impossible de déterminer simultanément deux grandeurs conjuguées avec une précision supérieure à un certain seuil.

–> on ne peut donc pas déterminer simultanément la vitesse et la position d’une particule.
–> abandon définitif de l’hypothèse de Bohr.

Question 30

Qu’est ce que la dualité onde-corpuscule ?

Answer 30

La lumière est à la fois :
- Une onde EM avec fréquence et longueur
- Des photons de masse m

On a prouvé d’abord l’onde et ensuite les photons

Question 31

Relation de Louis de Broglie ?

Answer 31

On peut associer à toute particule possédant une masse et un mouvement, une onde.
–> Généralise à toute particule la dualité onde-corpuscule (dans l’autre sens : un photon peut avoir un comportement ondulatoire)

Question 32

En quoi consiste le modèle quantique de Schrödinger ?

Answer 32

• principe d’incertitude d’Heisenberg -> abandon du modèle de Bohr
• Comme on peut associer une onde à un corps matériel.

Conception probabiliste de la présence d’un électron : définition de volumes où il est probable de trouver l’électron.

Question 33

Comment appelle-t-on les zones de hautes probabilité de présence d’électron ?

Answer 33

Les orbitales atomiques

Question 34

Modèle de Schrödinger : fonction mathématique ?

Answer 34

La fonction mathématique, représentant l’onde associée à l’électron, est une solution d’une équation différentielle complexe dite de Schrödinger.

La résolution dépend des trois nb quantiques

Question 35

Nombre quantique principal ?

Answer 35

Noté n, entier positif non nul.
Valeur liée à la taille de l’espace au sein duquel se déplace l’électron : + c’est vaste , + n est grand.

Question 36

A quoi est-ce qu’on associe chaque valeur de n ?

Answer 36

• une taille orbitale
• un niveau d’énergie
• une couche quantique : n=1, n=2, …n=4.

Question 37

Nombre quantique secondaire/azimutal ?

Answer 37

Noté l, entier positif ou nul, strictement inférieur à n : 0 ⩽ l ⩽ n-1
Caractérise la forme de l’espace dans lequel l’électron se déplace.

Question 38

A quoi est-ce qu’on associe chaque valeur de l ?

Answer 38

• Une forme d’orbitale de plus en plus complexe, symétrie de plus en plus basse.
• une sous-couche quantique
• l=0 : s
• l=1 : p
• l=2 : d
• l=3 : f

Question 39

Nombre quantique tertiaire ou magnétique ?

Answer 39

Noté m, entier positif, négatif ou nul : -l ⩽ m ⩽ +l.
Lié aux différentes orientations possibles du moment cinétique / direction de réf.

Question 40

A quoi est-ce qu’on associe chaque valeur de m ?

Answer 40

• une orientation de l’orbitale atomique.
• une case quantique

Question 41

Quelle est la limite de la triade (n,l,m) ?

Answer 41

• suffit pour définir les coordonnés spatiales de l’électron
  MAIS PAS pour définir entièrement l’état de mouvement de l’électron.

En effet : en plus, l’électron possède un mouvement de rotation sur lui-même : le spin de l’électron

Question 42

Nombre quantique de spin ?

Answer 42

Rend compte du mouvement rotatif sur lui-même de l’électron.
Ne peut prendre que deux valeurs : 1/2 et -1/2

Question 43

Qu’est ce qu’un atome poly électronique ?

Answer 43

Atome qui possède plus d’un proton : tous sauf H.

Question 44

Particularité des atomes poly-électroniques par rapport aux atomes mono-électroniques ?

Answer 44

L’énergie de leurs orbitales atomiques dépendent de n et de l.

Question 45

Comment classer les niveaux d’énergie des OA pour les poly-électroniques ?

Answer 45

Règle de Kechkowski : La valeur d’une OA est d’autant plus élevée que :
- la valeur (n+l) est élevée
- la valeur de n est élevée pour même valeur (n+l)

La règle de Kechkowski nous indique que le remplissage progressif des OA doit s’effectuer dans l’ordre d’énergie croissante, ce qui permet à l’atome d’économiser le plus d’énergie possible (on remplit d’abord celles qui n’en demandent pas)

Question 46

Principe d’exclusion de Pauli ?

Answer 46

Dans un atome, deux électrons ne peuvent avoir leurs quatre nombres quantiques identiques : ils diffèrent au moins par leur nb de spin

Question 47

Règle de Hund ?

Answer 47

La configuration la plus stable d’une sous-couche partiellement remplie, est celle ayant un nombre maximum d’électrons célibataires de même spin

Question 48

Electrons de valence ?

Answer 48

électrons de la dernière couche et, le cas échéant, certains électrons de la sous
couche d partiellement remplie.

–> Ce sont les électrons les plus impliqués dans les interactions inter-atomes

Question 49

Electrons du cœur ?

Answer 49

Electrons des couches profondes saturées.

–> très fortement liés au noyau
–> pratiquement pas d’interaction avec d’autre atome

Question 50

Approximation de Slater ?

Answer 50

Estimation de l’énergie de chaque électron dans son OA et par là, à l’énergie électronique totale de l’atome concerné.

Question 51

Effet écran ?

Answer 51

L’attraction de la charge positive (le noyau) est modifiée par l’interposition entre le noyau et l’électron étudié, d’autres électrons de la même couche et des couches inférieures.