Chapitre 5 Chimie Test 2

Physique classique

Considère les atomes et molécules comme des balles

élastiques. Explique certaine propriétés macroscopiques

comme la pression de gaz. N’explique pas les liaisons

chimiques ou des propriétés comme émission et absorption

de la lumière.

Physique quantique

Considère qu’il existe des lois de physique qui ne s’appliquent

qu’aux objets les plus petits (c.-à-d. électrons, protons,

neutrons, atomes, petites molécules).

Caractéristiques d’une onde

Onde : oscillation par laquelle l’énergie est transmise.

Longueur d’onde (l) : distance entre deux points

identiques situés sur deux ondes successives.

Amplitude : distance entre la ligne médiane de l’onde et

la crête ou entre la médiane et le creux.

Caractéristique d’une onde

Fréquence (n) : nombre d’ondes qui passent en un point

donné par seconde. (1 Hz = 1 cycle/s = 1 onde/s).

Vitesse (c) d’une onde = l x n

Ondes mécaniques

Transmises par déformation de la matière

(eau, air, solide). Ex.: son, vague.

Ondes éléctromagnétiques

Champs électrique et magnétiques qui se

propagent même dans le vide. Ex.: lumière, ondes

radio.

Maxwell (1873) : la lumière visible est composée d’ondes

électromagnétiques.

Rayonnement

électromagnétique : émission et

transmission d’énergie sous

forme d’onde électromagnétique.

Vitesse de la lumière (c) dans le vide = 3,00 x 108 m/s

Pour toutes les radiations électromagnétiques

l x n = c

La théorie des quanta de Plank

L’énergie (lumière) est émise ou

absorbée en quantités discrètes

(quantum) sous forme de

rayonnement électromagnétique.

Quantum =

plus petite énergie

Quanta = paquet de

2, 3, 4, …

E = h x n

E = h x c/l

h: constante de Planck

h = 6,63 x 10-34 J•s

L’effet photoélectrique (définition)

L’effet photoélectrique: éjection

d’électrons de la surface des métaux

exposés à une lumière d’une certaine

fréquence minimale (seuil de fréquence).

hn

EC e-

• Sous un certain seuil de fréquence,

aucun électron n’est éjecté, peu

importe l’intensité de la lumière…

• La théorie ondulatoire de la lumière

n’explique pas le phénomène…

5.1 De l

L’effet photoélectrique (caractéristiques)

Faisceau de lumière est un flux de particules

(photons).

• Chaque photon a une énergie : E = hn

• Un rayonnement électromagnétique est émis ou

absorbé sous forme de photon

• Plus la lumière est intense, plus elle contient de

photons et plus le nbre d’électrons libérés est

grand.

• Mais elle doit être supérieure au seuil de

fréquence…

L’effet photoélectrique (équation)

Électrons retenus dans les métaux par

des forces attractives… pour les libérer il

faut de l’énergie capable de rompre ces

forces.

EC = hν - EL

• EL, l’énergie de liaison de l’électron dans le

métal

• EC, l’énergie cinétique de l’électron éjecté

Modèle atomique de Bohr (définition)

• Démontra les calculs pour le spectre H selon le concept des quanta

• Les rayonnement émis par H pouvait alors être attribué au fait que l’électron libère un quantum d’électron (photon)

• Pour H → En=-Rh (1/n2)

• Rh= constante de Rydberg = 2,18×10 à la -18 J

• En = énergie de l’électron

• n= nombre quantique principal (niveau d’énergie de l’électron)

Modèle atomique de Bohr (caractéristiques et équation)

Nombre quantique principal=niveau (n)
n=1

Niveau (ou état) fondamental

Niveau d’énergie la plus basse= le plus stable (stabilité de l’électron)

n>1

Niveaux (ou état) exictés

Niveaux d’énergies plus élevées = électron moins stable

Plus l’électron est excité, plus l’électron est loin du noyau

SI l’électron libre (arraché à l’atome, n= infini) Einfini=0

Le signe (-) signifie par convention que l’énergie de l’électron est infini à celle d’un électron libre

Équation : En=-Rh (1/n2)

Processus d’émission dans un atome H

• L’électron initialement à un niveau excité ni, durant l’émission l’électron descend à un niveau inférieur nf

• Quand il y a émission: ni>nf (Ainsi la variation E est négatif, É est libérée à l’extérieur

• Quand il y a absorption: ni<nf (Ainsi la variation de E est positif, É est absorbé de l’extérieur

Processus d’émission dans un atome H (équation)

Absorption vs émission

Absorption: Transfert d’énergie électromagnétique (état fond → état excité)

Émission: Transfert d’énergie électromagnétique (état excité → état fond)

Les différentes séries du spectre d’émission de l’hydrogène atomique

Chimie en action : L’émission atomique

• Na + énergie → Na*

Na*→ Na + lumière jaune

• Tube rempli de vapeurs de mercure. Atomes excités produits lumière bleue-verte et de UV. Lumières UV absorbée par substances fluorescente qui émet des photons dont la combinaison des longeurs d’ondes donne lumière blanche.

• Hg + énergie → Hg*

Hg* → Hg +lumière bleu

Nature dualiste de l’électron

• Louis de Broglie : électron peut se comporter comme une onde et particule

• L’électron lié au noyau se comporte comme une onde stationnaire

• L’électron = onde: Longueur d’onde doit correspondre parfaitement à la circonférence de l’orbite, sinon elle s’annule.

• Dualité onde-particule exprimée par :

Principe d’incertitude de Heinsenberg

• Dualité onde-particule… on ne peut pas déterminer de façon précise la position d’un électron (propriétés ondulatoires).

• Principe d’incertitude: impossible de connaitre en même temps le moment (masse x vitesse) et la position d’une particule subatomique

• la variation x et la variation p sont respectivement les incertitudes dans les mesures de la position et du moment

• Plus la mesure de l’une est précise, plus l’autre est imprécise

Modèle atomique de la mécanique quantique

En appliquant le principe de l’incertitude de Heinsberg à l’atome H, on voit que les électrons ne circulent pas sur des orbites selon des trajectoires bien définis (modèle de Bohr).

En 1926 Schrödinger fomula une équation qui rend à la fois compte du comportement particulaire et du comportement ondulatoire de l’électron.

La fonction d’onde décrit:

1. L’énergie d’un électron à une fonction d’onde donnée

2. La probabilité de trouver un électron dans un certain volume

L’équation de Schrödinger peut être résolue exactement pour l’atome d’hydrogène ne contenant qu’un proton et un électron et est très proche de la réalité pour les atomes polyélectroniques.

Différences par rapport au modèle de Bohr

C’est un modèle probabilistique:

• Densité électronique: probabilité de présence d’un électron par unité de volume

• Orbitale atomique: