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Titre: l’atomistique

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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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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
titre l atomistique
Titre: l’atomistique

Une vision moderne de l ’atome

L ’ATOMISTIQUE

lumi re et onde lectromagn tique
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.

le spectre lectromagn tique
Le spectre électromagnétique

Le Spectre ElectroMagnétique

l.n = c

h.n = E

La lumière est émise ou absorbée

les spectres atomiques
Les spectres atomiques

Prisme

Collimateur

Film enregistreur

Les Spectres Atomiques

l.n = c

h.n = E

les spectres atomiques5
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

les spectres atomiques6
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….¥

une vision quantique des atomes
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
le spectre des atomes
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

le mod le de bohr et atome h 2
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…

le mod le de bohr et atome h2
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)

le mod le de bohr et atome h211
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, …

le mod le de bohr et atome h212
Le modèle de Bohr et atome H2

{n}

Le modèle de Bohr et spectre de l'atome d'hydrogène

le mod le ondulatoire
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.

le mod le ondulatoire 2
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.

r gles fixant les nbres quantiques
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 

le mod le ondulatoire16
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, …

les tats de l h2
Les états de l’H2

Les états de l ’hydrogène

la forme des tats s et p
La forme des états S et P

La forme des états « s » et « p »

1s

2s

2pz

2px

2py

la forme des tats d
La forme des états « d »

La forme des états « d »

mod le en couches
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

remplissage des couches
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
r gles de construction des configurations
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

le tableau p riodique
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

r gles d empillement des atomes
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

le tableau p riodique couche m
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

structure du tableau
Structure du tableau

Structure du Tableau

Au total on obtient la structure: ns; (n-2)f; (n-1)d; np

structure du tableau fonctions
Structure du tableau (fonctions)

Structure du Tableau

Au total on obtient la structure: ns; (n-2)f; (n-1)d; np

Places disponibles

str du tableau places disponibles
Str. du tableau (places disponibles)

Structure du Tableau

En termes de périodes - groupes et sous-groupes

structure du tableau29
Structure du tableau

Structure du Tableau

En termes de périodes - groupes et sous-groupes

les m taux
Les métaux

Les métaux

les m taux et les non m taux
Les métaux et les non-métaux

Les métaux et les non métaux

el ment gazeux du tableau
Elément gazeux du tableau

Structure du Tableau

L ’état physique des éléments:

el ment liquide du tableau
Elément liquide du tableau

Structure du Tableau

L ’état physique des éléments:

el ment solide du tableau
Elément solide du tableau

Structure du Tableau

L ’état physique des éléments:

le rayon atomique
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)

propri t s du rayon de covalence
Propriétés du rayon de covalence

Propriétés des éléments

Le rayon atomique

- Propriétés du rayon de covalence

variation du rayon de covalence
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

potentiel d ionisation
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)

graphe du potentiel d ionisation
Graphe du potentiel d’ionisation

Propriétés des éléments

Le Potentiel d’ionisation

variation du pot d ionisation au des atomes
Variation du pot. d ’ionisation au des atomes

Propriétés des éléments

Le Potentiel d’ionisation

l lectron gativit de mulliken
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

l lectron gativit de mulliken43
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