patrick chaquin laboratoire de chimie théorique umpc (site divry) 01 44 27 36 72 (rare) 01 44 27 21...
TRANSCRIPT
Patrick CHAQUINLaboratoire de Chimie ThéoriqueUMPC (site d’Ivry)
01 44 27 36 72 (rare)01 44 27 21 69 (plus souvent)
[email protected](le mieux)
Les « rayons cathodiques » : découverte des électrons
Expérience de Rutherford : la matière est concentrée sousla forme de « noyaux » chargés positivement
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 = 1,67 10-27 kg ≈ 1800 m
m = 9,11 10-31 kg
e = 1,60 10-19 C (coulomb)
XAZNombre de protons
Nombre de nucléons Symbolechimique
Z définit l’élément de symbole X
Z et A définissent un nucléide
Deux nucléides (Z, A) et (Z, A’) sont isotopes
Radioactivité
)He( αThU 242
23490
23892
Emission
Emission
- : un neutron est transfomé en proton : n p+ + e-
)(e βPaTh -23491
23490
Emission
Noyau « excité » noyau « fondamental »
+ : un proton est transfomé en neutron : p+ n + e+
Quantité de matière ; la mole
Nombre N d’atomes contenus dans 0,012 kg (12 g) de carbone
N = 0,012
12 u (kg)= 6,022 1023
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 = N
NA
moles NA = 6,022 1023 mol-1
Nombre d’Avogadro
Constante d’Avogadro
Modèle de Rutherford de l’atome d’hydrogène
r
v
m-e
+e F
hmax
2
04
1
2
11e
rE
0
E
r
E
r 0
01 arE
02 4arE
03 9arE
2
002 4
1
2
11e
anE
Energie de HModèle de Rutherford Atome réel
hmax
n = 1
n = 2
n = 3
Origine des « séries » du spectre d’émission de H
n
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 »
n
1
2
3
4
l 0(s)
1(p)
2(d)
3(f)
0
0 -1 0 +1
-1 0 +1
-1 0 +1
0
0
-2 -1 0 +1 +2
-2 -1 0 +1 +2 -3 -2 -1 0 +1+2 +3 ml
3s
2s
1s
4s
2p
3p
4p
3d
4d 4fml
ml
ml
En
v
i-e
« aiguille aimantée »Aimantation proportionelle à l
l
Le nombre quantique let propriétés magnétiques associées
Champ magnétique B
l = 1
ml = 1
ml = 0ml = 1
n = 2, l =1
n = 1, l = 0
ml = -1
ml = 0
ml = -1
B = 0 B
Le nombre ml. Modification du spectresous l’action d’un champ magnétique B
-e
« aiguilleaimantée » Spin s
ms = -1/2
ms = 1/2
Le spin. Propriétés magnétiques intrinsèques de l’électron
n
1
2
3
4
l 0(s)
1(p)
2(d)
3(f)
0
0 -1 0 +1
-1 0 +1
-1 0 +1
0
0
-2 -1 0 +1 +2
-2 -1 0 +1 +2 -3 -2 -1 0 +1+2 +3 ml
3s
2s
1s
4s
2p
3p
4p
3d
4d 4fml
ml
ml
En
ms = 1/2 ms = - 1/2
Electron 1s l = 0 ; m = 0
Simulation de la superposition de « photographies » d’un électron 1s
zElectron 2pz l = 1 ; m = 0
Simulation de la superposition de « photographies » d’un électron 2p
Courbes d’isodensités électroniques de l’atome d’hydrogène
1s
2s
2p
Electron 1s l = 0 ; m = 0
« Volume de localisation principale» d’un électron 1s
zElectron 2pz l = 1 ; m = 0
« Volume de localisation principale» d’un électron 2pz
2s
2px 2py 2pz
1s
xy
zVolumes de localisation calculés
A xy
z
2pz
2px 2py
2s
Représentation conventionnelle des orbitales dela couche n = 2
n est lié à la « taille » du volume de localisationl est lié à sa « forme »ml est lié à son orientation spatialeNoir/blanc signifie changement de signe de (x,y,z)
NB photons/s/m2
A B
NA photons/s/m2
IA E0(A)2
E = E0(A) cos(t + ) E = E0(B) cos(t + )
IB E0(B)2
E0(X)2 traduit la densité de photons en X etla densité de probabilité d’un photon unique
L’intensité lumineuse I selon les aspects corpusculaire et ondulatoire
IA NA IB NB
Analogie formelle photon-particule matérielle (électron) :double aspect corpusculaire/ondulatoire
photon
ondecorpuscule
électron
densité de probabilitéen un point M(x,y,z)
E = h(énergie)
tEE 2cos0
m, v t2cos
mv
h
),,(20 zyxE
),,(2 zyx
Limite de l’analogie : 0E
champ électrique, toujours > 0 pas d’interprétation physique, > 0 ou <0
est appelée fonction orbitale ou orbitale
Atomes « hydrogénoïdes »
Ze
-e
Ion formé d’un noyau et d’un seul électron
Ex : He+, Be3+, C5+
2
2
00
22
2 4.
1
2
1
n
ZR
a
eZ
nE yn