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THEME 2 & 12 : LA STRUCTURE ATOMIQUE (NS ET NM) Groupe : UV SOMMAIRE Constituan

THEME 2 & 12 : LA STRUCTURE ATOMIQUE (NS ET NM) Groupe : UV SOMMAIRE Constituants atomiques La configuration électronique Les niveaux d’énergies Récapitulatif 0 1 02 04 05 03 Caractéristiques périodiques influenceant les électrons 1 Constituants atomiques Les constituants de l’atome et du noyeau Le noyeau est constituté de protons et de neutrons qui forment les nucléons. Autour du noyeau gravitent les électrons. La masse de l’atome est : Toute la masse est concentrée dans le noyau, les électrons ayant une masse négligeable. Remarque : La masse approximative de l’atome est : mat = A × mp. 1 uma =1,67. 10 – 27 kg Nom Symbole Masse Charge Proton p 1,67. 10 – 27 kg + 1,6. 10 –19 C Neutron n 1,67. 10 – 27 kg 0 C Electron e- 9,11 × 10−31 kg -1,6. 10 –19 C Les nucléides et les isotopes Nucléide : Espèce atomique E, caractérisée par la composition de son noyau atomique, c'est-à-dire par son nombre atomique Z (nombre de protons) et par son nombre de masse A (nombre de nucléons). Symbole : E. Isotopie Isotopes : Les nucléides d'un élément qui ont le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons sont appelés des isotopes de cet élément. Isotones : Des nucléides qui possèdent le même nombre de neutrons, mais un nombre différent de protons. Isobares : L'isobare désigne ici deux atomes dont le nombre total de nucléons (protons plus neutrons) est identiques. 2 La configuration électronique La «carte d’indentité» d’un électron contient principalement 4 caractéristiques qui permettent de le localiser de manière précise et exacte : - Le nombre quantique principal n -Le nombre quantique secondaire L -La charge de la sous couche ml ou m -Le spin de l’électron Ms ou s Le nombre quantique principal Le nombre quantique secondaire Le nombre quantique ml En mécanique quantique, le nombre quantique magnétique, noté mℓ, également appelé nombre quantique tertiaire, est l'un des quatre nombres quantiques décrivant l'état quantique d'un électron dans un atome. Il s'agit d'un nombre entier lié au nombre quantique azimutal ℓ par la relation : – ℓ ≤ mℓ ≤ ℓ. Le nombre quantique ms En mécanique quantique, le nombre quantique magnétique de spin, noté ms, permet de décrire l'état quantique d'une particule ou d'un ensemble de particules de spin non nul. C'est en particulier l'un des quatre nombres quantiques servant à décrire l'état d'un électron dans un atome. Il correspond à la projection du spin de l'électron sur un axe donné, appelé axe de quantification. Souvent appelé de manière ambigüe nombre quantique de spina, et parfois nombre magnétique de spin, il peut prendre les valeurs – 1/2 et + 1/2, et distingue les deux électrons partageant une même orbitale atomique, généralement représentés par les symboles ↑ (up) et ↓ (down) La règle de kleshkowski Principe d’exclusion de Pauli La règle de Hund Aussi appelée «règle de multiplicité maximale», la règle de Hund s’applique pour connaitre la configuration orbitale lorsqu’il n’y a pas assez d’électrons pour remplir la dernière sous couche. Elle stipule 2 choses : 1-Les électrons occupent un maximum d’orbitales de manière à être seuls 2- Ils occupent ces orbitales avec un spin parallèles N.B : Les électrons veulent un énergie magnétique plus grande donc ils auront tendance à avoir un spin positif. Cas instables mais possibles : 3 Les niveaux d’énergies Le niveau d’énergie L’état fondamentale est est le premier état énergétique et est noté En ou E1 Après excitation, on assiste à un changement de niveau d’énergie par l’électron parcequ’il y a absorption de photon Il y a plusieurs niveau d’état d’exitation : Ep ou E2, E3, E4, E5, etc; • Les variations de l’énergie de l’atome est quantifiéé; • L’atome ne peut que se trouver dans certains états d’énergie définis • L’énergie d’un atome ne peut que prendre que certaines valeurs particulières appelées niveau d’énergie • l’ensemble des niveau d’énergie est associées à un atome unique Le niveau d’énergie d’un atome Le photon Quantom, c'est-à-dire quantité déterminée, d'énergie électromagnétique. Le photon est considéré comme une particule discontinue sans charge électrique, avec une masse nulle et une durée de vie illimitée. La formule de sa charge est : ● E est l’énerge en J h est la constance de plank : 6,62×10-34 J.s ν est la fréquence de radiation en Hertz c est la vitesse de la lumière en m/s Le spectre de lumière continue Les spectres de raies d’absorption Les spectres de raies d’émission Quelques exemples Règles importantes 1 eV = 1,6.10-19 J La règle de rydberg et Ritz ) avec P > n ( n et p appartenant à l’ensemble N) Rh est la constante de Rydhberg = 1097908,014 m-1 Récap : Chaque saut de l’électron est appelé transition électronique Pour qu’un électron passe d’un niveau d’énergie inférieur à supérieur, il faut lui apporter l’énergie suffisante en l’excitant ( avec un photon pour la photoluminescence ou par réaction chimique pour la bioluminescence) La désexcitation d’un électron provoque l’émission d’un photon dont la longueur d’onde est celle donné précédemment. Dans un spectre chromatique, le domaine du visible va de 350-400nm à 700-800nm. Avec la théorie des quantas, il faut faut passer des énergies en nanomètres au énergie en eV ( électronvolts) 1 KeV = 1.239841nm 1 eV = 1,6.10-19 J Le domaine du visible va de 1,6 eV à 3,1eV. Les séries de raies 4 Les caractéristiques périodiques influencent les électrons LE RAYON ATOMIQUE Le rayon atomique se note ρ (rô) et est en pm (picomètre. Il est impossible de le mesurer directement car la position exact d’un électron à une position fixe n’est pas déterminable dans le temps ( principe d’incertitude d’Heisenberg) La mesure se fait généralement grâce au champs cristallins donnés par la diffraction rayon X Selon la théorie quantique, le rayon varie en fonction du nombre de couche et d’atome : ρ ou R = n²/z La modèle de Bohr donne l’expression du rayon des orbites permises pour les atomes hydrogénoïdes ρ = a0 ( n²/z) a0 = 0,529 A° ou 53pm Pour les atomes polyélectroniques, on remplace Z par Z* et on suppose que le rayon de l’atome est proportionnel à l’orbite de Bohr correspondant à la couche de valence de l’atome considéré : R = n²/z* Rayon ionique Est la part de l’élément dans la distance entre les ions voisins dans un solide ionique. Le rayon d’un anion est plus gros que celui de l’atome neutre qui lui correspond Le rayon d’un cation est plus petit que celui de l’atome neutre qui lui correspond L’énergie d’ionisation L’énergie d’ionisation ( EI) d’un atome est l’énergie minimale qu’il faut lui apporter pour arracher un électron à l’atome neutre d’un gaz; Selon l’atome, il peut exister plusieurs énergies d’ionisation ( première énergie d’ionisation, deuxième etc) elles sont notés E1 , E2 ,E3 ,E4 etc; Elles sont toujours positives; L’affinité electronique L’énergie de fixation est l’énergie libérée à l’ajout d’un électron. Pour eviter d’écrire un signe négatif dans les table, on lui donne une valeur inverse appelée affinité électronique ( E.A) L’EA est difficilement mesurable : Seule la première est connu et pas pour tous les éléments. Elle varie aussi sensiblement que EI1 Un atome qui fixe facilement ( EA élevé) en perd un difficilement ( EI1 élevé) et vice versa. Pour l’EA, laccord entre valeur calculée et expérimentale est souvent très mauvaise. Elle évolue comme l’énergie de première ionisation c-à-d dans le sens inverse du rayon atomique L’électronégativité L’ectronégativité (X) est la capacité d’un atome à attirer vers lui les électrons d’autres atomes avec lesquels il est engagés par des liaisons covalentes. Elle est sans unités. Elle change selon l’echelle utilisée. Des echelles sont utilisées pour mesurer cette tendance des atomes à attirer plus ou moins fortement des électrons. 5- Récapitulatifs - Les électrons dans les atomes peuvent lui faire émettre des spectres d’absorption ou d’émission lorsqu’on leurs apportent l’énergie nécessaire pour une transition électronique -Les paramètres tels que l’électronégativités, l’énergie d’ionisation, l’énergie de fixation et le rayon sont étroitement liés à l’arrangement des électrons dans les atomes Sources https://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:EM_spectrumrevised_fr.png http://conditions-extremes.geologie-lyon.fr/index.php? option=com_content&view=article&id=33:energy-to-wavelength&catid=16&Itemid=135 http://e.m.c.2.free.fr/niveaux-energie-hydrogene-emission-absorption.htm https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89mission_stimul%C3%A9e https://www.maxicours.com/se/cours/emission-et-absorption-quantiques/ https://www.linternaute.fr/dictionnaire/fr/definition/photon/ uploads/s3/ theme-2-et-12.pdf