L’atome, ouverture au monde quantique
Synthèse P 16
I Forces électriques et gravitationnelles
L’expression
de la force électrique exercée par une particule placée en
A de charge qA, sur une particule placée en B de charge qB,
est donnée par le vecteur
Où
AB est la distance entre les deux particules et 
est le vecteur unitaire dirigé de A vers B.
Cette
force est attractive si les charges électriques sont de signes
contraires, répulsives si elles sont de même signe.
L’expression
de la force gravitationnelle exercée par une masse ponctuelle
placée en A de masse mA, sur une masse ponctuelle
placée en B et de masse mB est :
Cette
force est toujours attractive.
II Quantification de l’énergie
II-1
Insuffisance de la mécanique Newtonienne
L’énergie
d’un système [planète, satellite] peut varier d’une
manière continue : elle augmente régulièrement avec
la distance séparant la planète du satellite.
L’atome ne peut exister que dans certains états
d’énergie bien définis ; chaque état est
caractérisé par un niveau d’énergie : les
variations d’énergie de l’atome sont quantifiés.
La
mécanique de Newton ne permet pas d’expliquer cette
quantification.
II-2
Niveaux d’énergies des atomes
Chaque
élément chimique est caractérisé par un ensemble de
niveaux d’énergie particuliers.
L’état
de plus faible énergie est appelé état fondamental, et
correspond à l’état stable de l’atome.
Les
états d’énergie supérieure à celle de
l’état fondamental sont les états excités de
l’atome.
L’énergie
des noyaux atomiques et des molécules est également
quantifiée
III Le modèle du photon
Un
rayonnement lumineux monochromatique de fréquence n correspond à un
flux de photons ayant chacun l’énergie hn, ou h est la constante de
Planck.
h
= 6,626.10-34J.s-1
IV Transition entre niveaux, spectres de raies
Le
passage d’un niveau à un autre, de niveau inférieur ou
supérieur au premier, est appelé une transition atomique.
Grâce
à un apport extérieur d’énergie, par exemple sous
l’effet d’un rayonnement ou par la collision avec un atome ou une
autre particule matérielle, l’atome peut être porté
de son état fondamental vers l’un des ses états
excités.
Absorption et Emission de Radiation par un atome
Lorsque
l’atome est dans un état excité, il peut se
désexciter par l’émission d’un photon pour passe
à l’état d’énergie inférieure.
La
fréquence du photon émis ou absorbé lors de la transition
entre les deux niveaux Ei et Ej ( Ei > Ej)
est donnée par la relation de Bohr
hnij = Ei – Ej.
Les
transitions entre niveaux d’énergie permettent
d’interpréter les spectres de raies. Les échanges
d’énergie sont de l’ordre de l’électronvolt
(eV) pour l’atome et de l’ordre du MeV pour le noyau.
Exercice
A
l’aide du petit programme (atome de Bohr)
(ouvrir ou exécuter ce programme à partir de l’emplacement
actuel ®
cliquer oui)
Changer
l’état de l’atome d’hydrogène en indiquant un
nombre de 1 à 7 dans la case New-state
Observer
le photon émis où reçu, quand il y a changement
d’état.
A
quelles transitions correspondent les raies de Paschen ?
Quel
est l’état de l’atome quand l’électron est sur
le niveau d’énergie ¥
