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Patrick CHAQUIN Laboratoire de Chimie Théorique UMPC (site d’Ivry) (rare) (plus souvent) (le mieux)
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Les « rayons cathodiques » : découverte des électrons
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Expérience de Rutherford : la matière est concentrée sous
la forme de « noyaux » chargés positivement
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Constituants de l’atome
Noyau A nucléons Z protons : masse mp charge e (A – Z) neutrons : masse mn charge 0 Électrons masse m charge -e mp ≈ mn = 1, kg ≈ 1800 m m = 9, kg e = 1, C (coulomb)
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Nombre de nucléons Symbole chimique Nombre de protons Z définit l’élément de symbole X Z et A définissent un nucléide Deux nucléides (Z, A) et (Z, A’) sont isotopes
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Radioactivité Emission a Emission b (+/-)
b- : un neutron est transfomé en proton : n p+ + e- b+ : un proton est transfomé en neutron : p+ n + e+ Emission g Noyau « excité » noyau « fondamental »
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Quantité de matière ; la mole
Nombre N d’atomes contenus dans 0,012 kg (12 g) de carbone 0,012 Nombre d’Avogadro N = = 6, 12 u (kg) N particules d’une espèce donnée (atome, molécule, ion …) contiennent une quantité de matière n = 1 mol de cette espèce. Un nombre N quelconque de particules contient N NA = 6, mol-1 n = moles NA Constante d’Avogadro
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Modèle de Rutherford de l’atome d’hydrogène
v m -e +e F r
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hnmax
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Energie de H Modèle de Rutherford Atome réel hnmax
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Origine des « séries » du spectre d’émission de H
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Nombres quantiques atomiques
n = 1, 2, ….∞ nombre principal (couche) l= 0, 1, 2, …n-1 ; secondaire (sous-couche) ml = [-l, +l] ; magnétique (ou m) n, l, ml « case quantique »
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En l (s) 1 (p) 2 (d) 3 (f) n 4 4s 4p 4d 4f 3 3s 3p 3d 2 2s 2p 1 1s
(s) 1 (p) 2 (d) 3 (f) En n ml 4 4s 4p 4d 4f ml 3 3s 3p 3d ml 2 2s 2p ml 1 1s
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l Le nombre quantique l et propriétés magnétiques associées
« aiguille aimantée » Aimantation proportionelle à l l
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Le nombre ml. Modification du spectre
sous l’action d’un champ magnétique B Champ magnétique B B = 0 B ml = 1 n = 2, l =1 ml = -1 ml = 0 l = 1 ml = 0 ml = 1 ml = -1 n = 1, l = 0
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Le spin. Propriétés magnétiques intrinsèques de l’électron
ms = 1/2 « aiguille aimantée » Spin s ms = -1/2
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En l (s) 1 (p) 2 (d) 3 (f) n 4 4s 4p 4d 4f 3 3s 3p 3d 2 2s 2p 1 1s
(s) 1 (p) 2 (d) 3 (f) En n ml 4 4s 4p 4d 4f ml 3 3s 3p 3d ml 2 2s 2p ml 1 1s ms = 1/2 ms = - 1/2
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Electron 1s l = 0 ; m = 0 Simulation de la superposition de « photographies » d’un électron 1s
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Electron 2pz z l = 1 ; m = 0 Simulation de la superposition de « photographies » d’un électron 2p
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Courbes d’isodensités électroniques de
l’atome d’hydrogène 1s 2p 2s
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Electron 1s l = 0 ; m = 0 « Volume de localisation principale» d’un électron 1s
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Electron 2pz z l = 1 ; m = 0 « Volume de localisation principale» d’un électron 2pz
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Volumes de localisation calculés
2px 2py 2pz 1s
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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 » ml est lié à son orientation spatiale Noir/blanc signifie changement de signe de Y(x,y,z)
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L’intensité lumineuse I selon les aspects corpusculaire et ondulatoire
B NA photons/s/m2 NB photons/s/m2 IA NA IB NB E = E0(A) cos(wt + f) E = E0(B) cos(wt + f) IA E0(A)2 IB E0(B)2 E0(X)2 traduit la densité de photons en X et la densité de probabilité d’un photon unique
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Y est appelée fonction orbitale ou orbitale
Analogie formelle photon-particule matérielle (électron) : double aspect corpusculaire/ondulatoire densité de probabilité en un point M(x,y,z) corpuscule onde E = hn (énergie) photon m, v électron Limite de l’analogie : champ électrique, toujours > 0 Y pas d’interprétation physique, > 0 ou <0 Y est appelée fonction orbitale ou orbitale
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Atomes « hydrogénoïdes »
Ion formé d’un noyau et d’un seul électron Ex : He+, Be3+, C5+ -e Ze
