ORBITALES ATOMIQUES La conception actuelle de l'atome s'est principalement formée dans les 60 premières années du XX ème siècle.

ORBITALES ATOMIQUES La conception actuelle de l'atome s'est principalement formée dans les 60 premières années du XX ème siècle. Auparavant, on concevait l'atome comme une particule indivisible, insécable. La mise en évidence de particules plus petites que l'atome a mis fin à la théorie de l'atome indivisible et insécable. Aujourd'hui, on connaît une trentaines de particules. Trois de ces particules sont fondamentales: - L'électron: chargé négativement de charge -1,6.10-19 Coulomb et de masse 9,11.10-31 kg - Le proton: chargé positivement de charge + 1,6.10-19 C et de masse 1,672.10-27 kg - Le neutron: non chargé et de masse 1,675.10-27 kg I. STRUCTURE DE L'ATOME A. Découverte de l'électron. Si vous provoquez une décharge entre deux électrodes dans un tube de verre dans lequel on a fait le vide (tube de Crookes), vous observez une radiation allant de la borne négative à la borne positive du tube. Les physiciens qui ont réalisé cette expérience ont établi que cette radiation est composée de corpuscules 1840 fois plus légers que l'atome d'hydrogène et chargés négativement: ils les ont baptisés "électrons". Avec ce même dispositif, mais avec un vide plus poussé, on observe une radiation dans l'autre sens; radiation également formée de corpuscules mais chargés positivement et dont la masse est multiple de l'atome d'hydrogène. Les physiciens interprètent alors cette radiation comme étant des atomes qui ont perdu un électron. L'existence de l'électron et son appartenance à l'atome n'est cependant pas encore prouvée. La confirmation vient un peu plus tard. D'abord avec Hertz qui observe que certains atomes (sodium, potassium...) émettent des électrons lorsqu'ils sont frappés par la lumière ultra-violette. Puis avec la découverte de la radioactivité (1896) de l'uranium qui émet non seulement des radiations d'électrons mais aussi de grosses particules (des ions héliums). Un vrai coup de grâce pour le modèle de l'atome indivisible et insécable ! C'est Rutherford qui le premier va proposer un modèle crédible de l'atome. B. Modèle de Rutherford. En 1911, Rutherford met en évidence la structure de l'atome: un noyau ponctuel, chargé positivement et représentant l'essentiel de la masse de l'atome et des électrons se déplaçant sur des orbites autour du noyau comme des satellites autour d'une planète. Par analogie, on a appelé ce modèle: "le modèle planétaire". Ce modèle présente cependant certaines incohérences: sans entrer dans les détails, les atomes ne seraient, selon ce modèle, pas stables dans le temps (or ils le sont !) ... Bref, ce n'est pas encore le bon modèle mais on y est presque. C. Le Modèle de Bohr. C'est en cherchant à interpréter des spectres atomiques que Bohr a mis au point sa théorie. 1/ Spectres atomiques. Si l'on envoie de la lumière sur un atome, on peut observer que celui-ci absorbe sélectivement certaines longueurs d'ondes. 1 www.mediprepa.com Pour chaque atome, on peut faire ce type de spectre dit "d'absorption"; en fait, une photo sur laquelle apparaissent les longueurs d'onde absorbées par l'atome. Les traits représentent les longueurs d'ondes manquantes par rapport à la lumière projetée sur l'atome; ce longueurs d'ondes ont été absorbées par l'atome Longueurs d'ondes croissantes Energies croissantes E= h? = h/? Spectre d'absorption d'un atome L'absorption est suivie d'une émission de lumière par l'atome, mais là encore, de certaines longueurs d'ondes uniquement. Le spectre d'un atome lui est propre; c'est en quelque sorte sa photo d'identité (c'est d'ailleurs un moyen d'identifier un atome inconnu). 2/ L'interprétation de Bohr. Il interprète ce phénomène de la manière suivante: Les électrons se déplacent sur des sphères dont le centre est le noyau de l'atome. L'énergie d'un électron est "quantifiée" c'est à dire qu'elle ne peut prendre que certaines valeurs. La valeur de l'énergie d'un électron dépend du niveau auquel il appartient. A chaque niveau correspond une trajectoire circulaire fixe de l'électron par rapport au noyau. Avec ces hypothèses on arrive à une expression de l'énergie en fonction du niveau. L'énergie est reliée au niveau par la relation E = -13.6 Z2 / n2 (eV) n correspond au niveau et...