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Patrick CHAQUIN Laboratoire de Chimie Théorique UMPC (site dIvry) 01 44 27 36 72 (rare) 01 44 27 21 69 (plus souvent) (le mieux)

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1 Patrick CHAQUIN Laboratoire de Chimie Théorique UMPC (site dIvry) (rare) (plus souvent) (le mieux)

2 Les « rayons cathodiques » : découverte des électrons

3 Expérience de Rutherford : la matière est concentrée sous la forme de « noyaux » chargés positivement

4 Constituants de latome Noyau A nucléons Zprotons : masse m p charge e (A – Z) neutrons : masse m n charge 0 Électrons masse m charge -e m p m n = 1, kg 1800 m m = 9, kg e = 1, C (coulomb)

5 Nombre de protons Nombre de nucléons Symbole chimique Z définit lélément de symbole X Z et A définissent un nucléide Deux nucléides (Z, A) et (Z, A) sont isotopes

6 Radioactivité Emission - : un neutron est transfomé en proton : n p + + e - Emission Noyau « excité » noyau « fondamental » + : un proton est transfomé en neutron : p + n + e +

7 Quantité de matière ; la mole Nombre N datomes contenus dans 0,012 kg (12 g) de carbone N = 0, u (kg) = 6, N particules dune espèce donnée (atome, molécule, ion …) contiennent une quantité de matière n = 1 mol de cette espèce. Un nombre N quelconque de particules contient n = N NANA moles N A = 6, mol -1 Nombre dAvogadro Constante dAvogadro

8 Modèle de Rutherford de latome dhydrogène r v m -e-e +e+e F

9 h max

10 Energie de H Modèle de Rutherford Atome réel h max

11 n = 1 n = 2 n = 3 Origine des « séries » du spectre démission de H n

12

13 Nombres quantiques atomiques n = 1, 2, …. nombre principal (couche) l= 0, 1, 2, …n-1 ; secondaire (sous-couche) m l = [-l, +l] ; magnétique (ou m) n, l, m l « case quantique »

14 n l0(s)0(s) 1(p)1(p) 2 (d) 3 (f) mlml 3s3s 2s2s 1s1s 4s4s 2p2p 3p3p 4p4p 3d3d 4d4d 4f4f mlml mlml mlml EnEn

15 « aiguille aimantée » Aimantation proportionelle à l l Le nombre quantique l et propriétés magnétiques associées

16 Champ magnétique B l = 1 m l = 1 m l = 0 m l = 1 n = 2, l =1 n = 1, l = 0 m l = -1 m l = 0 m l = -1 B = 0B Le nombre m l. Modification du spectre sous laction dun champ magnétique B

17 « aiguille aimantée » Spin s m s = -1/2 m s = 1/2 Le spin. Propriétés magnétiques intrinsèques de lélectron

18 n l0(s)0(s) 1(p)1(p) 2 (d) 3 (f) mlml 3s3s 2s2s 1s1s 4s4s 2p2p 3p3p 4p4p 3d3d 4d4d 4f4f mlml mlml mlml EnEn m s = 1/2m s = - 1/2

19 Electron 1s l = 0 ; m = 0 Simulation de la superposition de « photographies » dun électron 1s

20 z Electron 2p z l = 1 ; m = 0 Simulation de la superposition de « photographies » dun électron 2p

21 Courbes disodensités électroniques de latome dhydrogène 1s 2s 2p

22 Electron 1s l = 0 ; m = 0 « Volume de localisation principale» dun électron 1s

23 z Electron 2p z l = 1 ; m = 0 « Volume de localisation principale» dun électron 2p z

24 2s 2p x 2p y 2p z 1s Volumes de localisation calculés

25 Représentation conventionnelle des orbitales de la couche n = 2 n est lié à la « taille » du volume de localisation l est lié à sa « forme » m l est lié à son orientation spatiale Noir/blanc signifie changement de signe de (x,y,z)

26 N B photons/s/m 2 AB N A photons/s/m 2 I A E 0 (A) 2 E = E 0 (A) cos( t + )E = E 0 (B) cos( t + ) I B E 0 (B) 2 E 0 (X) 2 traduit la densité de photons en X et la densité de probabilité dun photon unique Lintensité lumineuse I selon les aspects corpusculaire et ondulatoire I A N A I B N B

27 Analogie formelle photon-particule matérielle (électron) : double aspect corpusculaire/ondulatoire photon ondecorpuscule électron densité de probabilité en un point M(x,y,z) E = h (énergie) m, v Limite de lanalogie : champ électrique, toujours > 0 pas dinterprétation physique, > 0 ou <0 est appelée fonction orbitale ou orbitale

28 Atomes « hydrogénoïdes » Ze -e Ion formé dun noyau et dun seul électron Ex : He +, Be 3+, C 5+


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