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Titre: l’atomistique

Titre: l’atomistique. Une vision moderne de l ’atome L ’ATOMISTIQUE. Lumière et onde électromagnétique. Lumière et Onde Electromagnétique. l.n = c. h .n = E. I  kA 2. c = 2,997925 .10 8 m.s -1 . h est la constante de Planck h = 6,626 10 -34 J.s. Le spectre électromagnétique.

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Presentation Transcript

  1. Titre: l’atomistique Une vision moderne de l ’atome L ’ATOMISTIQUE

  2. Lumière et onde électromagnétique Lumière et Onde Electromagnétique l.n = c h.n = E I kA2 c = 2,997925.108 m.s-1. h est la constante de Planck h = 6,626 10-34 J.s.

  3. Le spectre électromagnétique Le Spectre ElectroMagnétique l.n = c h.n = E La lumière est émise ou absorbée

  4. Les spectres atomiques Prisme Collimateur Film enregistreur Les Spectres Atomiques l.n = c h.n = E

  5. Les spectres atomiques Prisme H Prisme Collimateur Collimateur Gaz chauffé Film enregistreur Film enregistreur Les Spectres Atomiques C’est un spectre d’absorption l.n = c h.n = E C’est un spectre d’émission

  6. Les spectres atomiques Prisme Collimateur Gaz chauffé Film enregistreur { { Lyman (UV) Balmer (visible) Brackett Paschen (IR) Les Spectres Atomiques l.n = c h.n = E Pour l ’hydrogène, on obtient le spectre d’émission ci-dessous avec n = R . c (1/n12 -1/n22) où n1 = 1, 2, 3 ….¥ n2= n1+1, n1+2, n1+3….¥

  7. Une vision quantique des atomes Une vision quantique des atomes - L'atome de Rutherford ne peut exister - La théorie des quanta nous apprend que : • Des échanges d'énergie entre matière et rayonnement de fréquence n se produisent par quantités discrètes appelées quanta d'énergie hn. • Les ondes électromagnétiques se comportent parfois comme des particules. Elles parviennent à arracher des électrons à la matière; c'est l'effet photo-électrique. Ces particules sont des photons • La vision de l'onde électromagnétique est maintenant double puisqu'elle est à la fois onde et corpuscule: E= hnet p=h/l

  8. Le spectre des atomes {n} Le spectre des atomes - Quand un atome absorbe un rayonnement de fréquence n, l'énergie correspondante hn est transférée à l'atome. Atome + Photon ¾® Atome excité Il passe dans un état excité d’énergie E*=E + hn - Quand un atome émet un rayonnement de fréquence n, Atome excité ¾® Atome + Photon E=E* - hn • Ces échanges de photons se font à des fréquences {n} caractéristiques de la nature de l’atome considéré. Elles constituent le Spectre de l’atome Bohr en a donné une première interprétation

  9. Le modèle de Bohr et atome H2 e- v r p+ Le modèle de Bohr de l'atome d'hydrogène L ’atome d’hydrogène existe et est stable. 1) Equilibre des forces: centrifuge/centripète 2) Conservation de l ’énergie : E = E cinétique +E potentielle 3) Conservation du moment de la quantité de mouvement: Moment angulaire : mvr = constant Hypothèse de Bohr : mvr =n.(h/2p) où n=1, 2, 3…

  10. Le modèle de Bohr et atome H2 Le modèle de Bohr de l'atome d'hydrogène Résolution du problème: 1) 2) 3) en égalant 4) donc: 5)

  11. Le modèle de Bohr et atome H2 1) 2) 3) Le modèle de Bohr de l'atome d'hydrogène En conclusion: n=1, 2, 3, …

  12. Le modèle de Bohr et atome H2 {n} Le modèle de Bohr et spectre de l'atome d'hydrogène

  13. Le modèle ondulatoire Le modèle ondulatoire - Le modèle de Bohr ne s’applique pas aux atomes autres que l’hydrogène, ni en présence d’un champ électrique ou magnétique - Les expériences de diffraction montrent que l'électron possède les caractéristiques d'une onde. - La longueur d'onde est déterminée par la relation de « de Broglie » l=h/mv L'électron est une particule aux caractéristiques ondulatoires. L ’O.E.M. est une onde aux caractéristiques corpusculaires. C’est la dualité onde / corpuscule.

  14. Le modèle ondulatoire(2) Le modèle ondulatoire (suite) - Le caractère ondulatoire de l’électron se décrit par une fonction d'onde Y obtenue à partir de l’équation de Schrödinger: H Y =E Y - L’électron ne possède pas de trajectoire. - Seule sa probabilité de présence Y2 est mesurable. - Le comportement de l’électron de l’atome d’hydrogène se décrit au moyen de 4 nombres quantiques: n, l, m, s. n est le nombre quantique principal. Il fixe l’énergie. l est le nombre quantique azimutal. m est le nombre quantique magnétique. s est le nombre quantique de spin. Il décrit une caractéristique intrinsèque de l’électron.

  15. Règles fixant les nbres quantiques Règles fixant les nombres quantiques Le nombre quantique principal n =1,2,3,…∞. Similaire au n de Bohr, il définit les « couches » d’énergie Au nombre quantique azimutal, on associe des symboles s, p, d, f Ils constituent des « sous-couches » au nombre de n n=1-> s; n=2 -> s, p; n=3 -> s, p, d; … Le nombre magnétique fixe le nombre de « cases » ou « logettes » contenues dans les sous couches s p d f … 1 3 5 7 … Le spin de l’électron s peut prendre deux valeurs, la valeur +1/2, symbolisée par ; la valeur -1/2, symbolisée par 

  16. Le modèle ondulatoire Le modèle ondulatoire - Le comportement de l’électron de l’atome d’hydrogène se décrit en précisant ses 4 nombres quantiques. - Lorsqu’on choisit une valeur pour ces nombres, on obtient une orbitale par exemple 1s, 2s, 2p (2px, 2py , 2pz), 4d, 5f, …

  17. Les états de l’H2 Les états de l ’hydrogène

  18. La forme des états S et P La forme des états « s » et « p » 1s 2s 2pz 2px 2py

  19. La forme des états « d » La forme des états « d »

  20. Modèle en couches Modèle en couches et configuration des atomes précise l'organisation des électrons dans les atomes, c.à.d. leur configuration électronique Principe d ’édification (Aufbau)  Utilisons les orbitales atomiques déduites de l'hydrogène.  - L'ensemble des électrons décrit par un même nombrenconstitue une couche électronique (1K; 2L; 3M; 4N; 5O; 6P) - Lessous-couches sont définies à partir des valeurs: s, p, d, f… - Lescases sont définies à partir de 1, 3, 5, 7, … possibilités Exemple: M  3s½½, 3p ½½½½, 3d ½½½½½½

  21. Remplissage des couches • ¾ 6d 5 ½¾ ½¾ ½¾ ½¾ ½¾ ½ • ¾ 5f 7 ½¾ ½¾ ½¾ ½¾ ½¾ ½¾ ½¾ ½ • ¾ 7s 1 ½¾ ½ • ¾ 6p 3 ½¾ ½¾ ½¾ ½ • ¾ 5d 5 ½¾ ½¾ ½¾ ½¾ ½¾ ½ • ¾ 4f 7 ½¾ ½¾ ½¾ ½¾ ½¾ ½¾ ½¾ ½ • ¾ 6s 1 ½¾ ½ • ¾ 5p 3 ½¾ ½¾ ½¾ ½ • ¾ 4d 5 ½¾ ½¾ ½¾ ½¾ ½¾ ½ • ¾ 5s 1 ½¾ ½ • ¾ 4p 3 ½¾ ½¾ ½¾ ½ • ¾ 3d 5 ½¾ ½¾ ½¾ ½¾ ½¾ ½ • ¾ 4s 1 ½¾ ½ • ¾ 3p 3 ½¾ ½¾ ½¾ ½ • ¾ 3s 1 ½¾ ½ • ¾ 2p 3 ½¾ ½¾ ½¾ ½ • ¾ 2s 1 ½¾ ½ • ¾ 1s 1 ½¾ ½ Energie et ordre de remplissage des couches • Energie Symbole des Nombre de Structure des orbitales cases Sous-couches

  22. Règles de construction des configurations Règles de construction des configurations Principe d ’édification (Aufbau)  Chaque électron est caractérisé par 4 nombres quantiques n,l,m,s.  On empile les électrons un à un en respectant les niveaux d'énergie.  Le principe de PAULI précise que 2 électrons d’une configuration se distinguent par au moins 1 nombre quantique. 2 électrons peuvent donc partager la même case, s’ils diffèrent par leur spin: 1er ou 2nd  La règle de HUND précise que si plusieurs cases ont la même énergie (sous-couche) les électrons se placent avec le spin maximal S=1 ou ou De même pour 3 électrons : S=1,5

  23. Le tableau périodique 4s 3p 3s 2p 2s 1s Le Tableau périodique Construction du tableau et des configurations électroniques des éléments  On empile les électrons de l’atome en respectant les règles Ne 10e- 1s2 2s2 2p6 F 9e- 1s2 2s2 2p5 O 8e- 1s2 2s2 2p4 Couche L n=2 N 7e- 1s2 2s2 2p3 C 6e- 1s2 2s2 2p2 B 5e- 1s2 2s2 2p1 Be 4e- 1s22s2 Li 3e- 1s22s1 Couche K n=1 He 2e- 1s2 H 1e- 1s1

  24. Règles d’empillement des atomes 4s 3p 3s 2p 2s 1s Le Tableau périodique Construction du tableau et des configurations électroniques des éléments  On empile les électrons de l’atome en respectant les règles Ne 10e- He2s2 2p6 F 9e- He2s2 2p5 O 8e- He2s2 2p4 Couche L n=2 N 7e- He2s2 2p3 C 6e- He2s2 2p2 B 5e- He2s2 2p1 Be 4e- He2s2 Li 3e- He2s1 Couche K n=1 He 2e- 1s2 H 1e- 1s1

  25. Le tableau périodique (couche M) 4s 3p 3s 2p 2s 1s Le Tableau périodique Ensuite pour la couche M: Ar 18e- Ne3s2 3p6 Cl 17e- Ne3s2 3p5 S 16e- Ne3s2 3p4 P 15e- Ne3s2 3p3 Si 14e- Ne3s2 3p2 Al 13e- Ne3s2 3p1 Mg 12e- Ne3s2 Na 11e- Ne3s1

  26. Structure du tableau Structure du Tableau Au total on obtient la structure: ns; (n-2)f; (n-1)d; np

  27. Structure du tableau (fonctions) Structure du Tableau Au total on obtient la structure: ns; (n-2)f; (n-1)d; np Places disponibles

  28. Str. du tableau (places disponibles) Structure du Tableau En termes de périodes - groupes et sous-groupes

  29. Structure du tableau Structure du Tableau En termes de périodes - groupes et sous-groupes

  30. Structure du tableau (élement) Structure du Tableau

  31. Les métaux Les métaux

  32. Les métaux et les non-métaux Les métaux et les non métaux

  33. Elément gazeux du tableau Structure du Tableau L ’état physique des éléments:

  34. Elément liquide du tableau Structure du Tableau L ’état physique des éléments:

  35. Elément solide du tableau Structure du Tableau L ’état physique des éléments:

  36. Le rayon atomique Propriétés des éléments Le rayon atomique - Le rayon de covalence= moitié de la distance entre les noyaux du corps simple correspondant. - Le rayon de van der Waals= moitié de la plus petite distance entre deux noyaux de molécules différentes 2*r(cov) 2*r(vdw)

  37. Propriétés du rayon de covalence Propriétés des éléments Le rayon atomique - Propriétés du rayon de covalence

  38. Variation du rayon de covalence Propriétés des éléments Le rayon atomique -C’est une conséquence de l’Effet d ’écran Z*(+e) = Z(+e) -s - Les rayons ioniques Par rapport à l’élément: Rayon des cations Rayon des anions

  39. Potentiel d ’ionisation Propriétés des éléments Le Potentiel d’ionisation et l’affinité électronique - Le potentiel d ’ionisation est l’énergie nécessaire pour arracher un électron à un atome. A  A+ + e- EI(eV) A+ A2+ + e- EI’(eV) … - L ’affinité électronique est l’énergie qui se dégage lorsqu’un électron est ajouté à l ’atome. A + e-  A-Ae(eV) A-+ e-  A2-Ae’(eV) …

  40. Graphe du potentiel d’ionisation Propriétés des éléments Le Potentiel d’ionisation

  41. Variation du pot. d ’ionisation au des atomes Propriétés des éléments Le Potentiel d’ionisation

  42. L ’électronégativité de Mulliken L’électronégativité Définie par Pauling: Mesure la tendance des atomes, au sein des molécules, à attirer vers soi les électrons F = 4, corps le plus électronégatif

  43. L ’électronégativité de Mulliken L’électronégativité Définie par Pauling: Mesure la tendance des atomes, au sein des molécules, à attirer vers soi les électrons F = 4, corps le plus électronégatif Les métaux forts 0,7 <c ≤ 1,2 Les métaux faibles 1,5 ≤ c ≤ 2,0 Les non-métaux 2,1 ≤ c ≤ 4,0

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