Chap. 1.1 : structure atomique Flashcards
Modèle planétaire de Rutherford ?
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.
Qu’est ce que les nucléons ?
L’ensemble des neutrons et des protons, noté A. Aussi appelé le nombre de masse.
Qu’est-ce qu’un élément chimique ?
Ensemble des atomes ayant le même nombre de protons (même Z) mais un nombre de neutrons différents (donc A et N ≠)
Qu’est-ce qu’un nucléide ?
Deux éléments possédant le même nb de protons et de neutrons sont des nucléides.
même A ou (même N et même Z)
Qu’est ce que le nombre de charge d’un nucléide ?
Aussi appelé le numéro atomique, c’est le nb de protons.
Notion d’isotopie ?
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
isotope naturels ?
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
Masse théorique de l’atome ?
En théorie l’atome pèse au moins autant que la somme des masses de ses constituants : protons et neutrons.
Masse réelle de l’atome ?
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
Hypothèse de quantification de Bohr ?
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.
Comment évoluent les rayons des orbites successives de Bohr ?
Les rayons des orbites successives croissent comme le carré du nb entier n
Que peut-on calculer si l’on connait le rayon sur lequel l’électron orbite ?
Sa vitesse
Quelle est la condition de quantification de Bohr ?
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
Quel résultat la condition de quantification de Bohr nous permet d’obtenir ?
Si on connait la vitesse au rayon de la première orbite, on peut connaître toutes les vitesses, quelque soit le rayon.
Qu’est ce qu’un hydrogénoïde ?
C’est une espèce cationique, ne possédant qu’un seul électron.
= Se conduit comme l’atome d’hydrogène.
Notation : X(z-1)+
Rayonnement électromagnétique ?
Transfert d’énergie
Interaction rayonnement/matière ?
Toute matière peut absorber ou émettre un rayonnement
De quels types peuvent être les rayonnements ?
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
Comment obtient-on le spectre d’émission de l’hydrogène ?
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.
Relation entre l’énergie, la fréquence et la longueur d’onde ?
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
Analyse du spectre d’émission ?
On rassemble les raies d’émissions en groupes, auquel on associe un n.
lumière visible sur quelles longueurs d’onde ?
de 400nm (le violet) à 760nm
Quels sont les noms des séries de raies d’émission ?
- n=1 : Série de Lyman (ultraviolets)
- n=2 : Série de Balmer (visibles)
- n=3 : Série de Paschen ( infrarouges)
Absorption selon le modèle d’énergie de Bohr ?
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
Emission selon le modèle d’énergie de Bohr ?
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
Lien entre l’aller et le retour entre deux couches bien précises ?
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.
Qu’est-ce que l’énergie d’ionisation d’une espèce/atome/ion ?
énergie minimum requise pour lui arracher un électron, alors qu’elle est initialement dans son état fondamental.
Energie d’ionisation dans le cas de l’atome d’hydrogène ?
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.
Que dit le principe d’incertitude d’Heisenberg ?
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.
Qu’est ce que la dualité onde-corpuscule ?
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
Relation de Louis de Broglie ?
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)
En quoi consiste le modèle quantique de Schrödinger ?
- 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.
Comment appelle-t-on les zones de hautes probabilité de présence d’électron ?
Les orbitales atomiques
Modèle de Schrödinger : fonction mathématique ?
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
Nombre quantique principal ?
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.
A quoi est-ce qu’on associe chaque valeur de n ?
- une taille orbitale
- un niveau d’énergie
- une couche quantique : n=1, n=2, …n=4.
Nombre quantique secondaire/azimutal ?
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.
A quoi est-ce qu’on associe chaque valeur de l ?
- 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
Nombre quantique tertiaire ou magnétique ?
Noté m, entier positif, négatif ou nul : -l ⩽ m ⩽ +l.
Lié aux différentes orientations possibles du moment cinétique / direction de réf.
A quoi est-ce qu’on associe chaque valeur de m ?
- une orientation de l’orbitale atomique.
- une case quantique
Quelle est la limite de la triade (n,l,m) ?
- 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
Nombre quantique de spin ?
Rend compte du mouvement rotatif sur lui-même de l’électron.
Ne peut prendre que deux valeurs : 1/2 et -1/2
Qu’est ce qu’un atome poly électronique ?
Atome qui possède plus d’un proton : tous sauf H.
Particularité des atomes poly-électroniques par rapport aux atomes mono-électroniques ?
L’énergie de leurs orbitales atomiques dépendent de n et de l.
Comment classer les niveaux d’énergie des OA pour les poly-électroniques ?
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)
Principe d’exclusion de Pauli ?
Dans un atome, deux électrons ne peuvent avoir leurs quatre nombres quantiques identiques : ils diffèrent au moins par leur nb de spin
Règle de Hund ?
La configuration la plus stable d’une sous-couche partiellement remplie, est celle ayant un nombre maximum d’électrons célibataires de même spin
Electrons de valence ?
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
Electrons du cœur ?
Electrons des couches profondes saturées.
–> très fortement liés au noyau
–> pratiquement pas d’interaction avec d’autre atome
Approximation de Slater ?
Estimation de l’énergie de chaque électron dans son OA et par là, à l’énergie électronique totale de l’atome concerné.
Effet écran ?
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.
