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) La mécanique quantique
1) Limite de la mécanique classique Tous les atomes d'un élément chimique ont la même taille. La mécanique classique mise en place par Newton ne peut expliquer ce phénomène. C'est la mécanique quantique qui prend le relais , (comme pour l'effet photo électrique) ! 2) Energie d'un photon La lumière est constituée de corpuscules appelés photons. A chaque photon correspond une onde électromagnétique de longueur d'onde ' l', de fréquence 'u ' et de célérité 'c' dans le vide (c = 300 000 km.s-1). Un photon a une masse nulle et une énergie E, produit de la constante de Planck 'h' par sa fréquence 'u '. Dans le cas ou le photon se déplace dans le vide son énergie est :
avec h=6,62.10-34J.s, 'T' période de l'onde électromagnétique(s); 'u ' fréquence (Hz) ; 'c' célérité (m.s-1). II) Quantification des niveaux d'énergie électronique d'un atome 1) Niveaux d'énergies quantifiées d'un atome : postulat de Bohr Afin d'interpréter le spectre d'émission de l'atome d'hydrogène, en 1913 M. Bohr énonce les postulats suivants : * L'atome possède différents niveaux d'énergie E1, E2, E3 etc. bien définis. Il s'agit de valeurs discontinues (ou discrètes), et non de valeur continues. *Les variations d'énergie D E de l'atome sont quantifiées. Quand l'atome passe d'un état d'énergie 'Ep' élevé à un niveau d'énergie 'En' plus faible il libère une énergie Ep-En. *le niveau de plus basse énergie de l'atome est appelée le niveau fondamental. Lorsqu'un atome se trouve à un niveau d'énergie supérieur au niveau fondamental, on dit qu'il est excité. 2) Emission d'un photon au cours de la désexcitation Lorsqu'un atome se désexcite en effectuant une transition électronique d'un niveau d'énergie Ep à un niveau d'énergie plus faible 'En' il émet un photon d'énergie :
Ep, En(J), h constante de Planck h = 6,62.10-34J.s , u fréquence(Hz) de l'onde électromagnétique associé au photon, c(m.s-1 ) vitesse de propagation du photon.
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2)
Interprétation énergétique des spectres atomiques
Un gaz excité sous basse pression émet, en se désexcitant, des rayonnements visibles (ou des rayonnements ultraviolets) de longueur d'onde l , déterminés par le passage d'un niveau Ep supérieur à un niveau En inférieur :
L'ensemble des rayonnements lumineux de longueur d'onde ln,pva produire le spectre de raies d'émission du gaz. III) Énergie d'édifices microscopiques 1) Niveau d'énergie électronique d'un atome Un atome peut acquérir différents niveaux d'énergie électronique qui proviennent de : 1) l'interaction des électrons entre eux, et des électrons avec le noyau. 2) l'énergie cinétique des électrons. Lorsqu'un atome perd une partie de cette énergie en passant d'un niveau 'p' à un niveau 'n' il émet des rayonnements d'énergie de l'ordre de l'électron volt. Ces rayonnements se situent généralement dans le domaine du visible (400 nm < l < 800 nm) ou dans l'ultraviolet 10-10 m < l < 0,4.10-6 m 2) Niveau d'énergie d'un noyau Le noyau possède des niveaux d'énergie nucléaire du fait de l'interaction des nucléons. Lors d'une désintégration radioactive le noyau fils Y est, en général, dans un état excité ( noté Y* ). En se désexcitant, il émet un rayonnement g de forte énergie. La longueur d'onde l du rayonnement est de l'ordre du picomètre. 3) Niveaux d'énergie d'une molécule On distingue quatre types d'énergie au sein d'une molécule : Ee, énergie
électronique des électrons.
Et , énergie de translation de la molécule Ev , l'énergie de vibration due aux oscillations des noyaux autour de leur position d'équilibre. La transition entre deux niveaux d'énergie de vibrations correspond à : DE(vibration) = 0,1 eV Les longueurs d'onde correspondant à ce type de transition sont dans le domaine de l'infrarouge. Er ,l'énergie de la molécule autour de son centre d'inertie. La transition entre deux niveaux
d'énergie de rotation est de l'ordre du milli-électronvolt.
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