CHIMIE

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COURS
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Modèle quantique de l’atome
Doc. 27 Diagrammes énergétiques
pour un système hydrogénoïde (a)
et un système polyélectronique (b).
Lorsque le numéro atomique croît,
la différence entre niveaux successifs
diminue et l’on observe un
enchevêtrement de ces niveaux.
Doc. 28 Le spectre d’émission de la
vapeur de sodium présente deux raies
jaunes intenses correspondant à des
radiations de longueurs d’onde voisines
: 589,0 nm et 589,6 nm.
L’existence de ce doublet jaune ne
peut être expliquée qu’en considérant
que l’électron a un moment cinétique
intrinsèque.
Doc. 29 Expérience de Stern et
Gerlach (1922).
Les atomes d’argent possèdent un
moment cinétique orbital L → nul et
donc un moment magnétique nul ; ils
devraient être insensibles à la présence
d’un champ magnétique. Lors de leur
passage dans l’entrefer de l’électroaimant,
ils sont soumis à un champ
magnétique parallèle à l’axe des z. Les
atomes d’argent sont déviés, ce qui met
en évidence leur moment magnétique.
De plus, après plusieurs heures d’expérience,
on observe sur la plaque, deux
dépôts d’argent métallique, de masses
égales : ceci montre que les atomes
d’argent ont un moment magnétique
quantifié dont la composante sur l’axe
des z ne peut prendre que deux valeurs.
L’expérience montre que, pour tous les atomes, les cinq orbitales de plus basses
énergies se classent selon l’ordre : E 1s < E 2s < E 2p < E 3s < E 3p .
Les écarts énergétiques se réduisent quand n croît et l’ordre énergétique des
O.A. dépend alors de l’atome considéré (doc. 27).
a) b)
n = 3
n = 2
n = 1
énergie
5 Spin de l’électron
5.1 Spin d’une particule
= 2
n = 3
= 1
3 d
n = 3
= 0
n = 3
3 p
3 s
= 1
n = 2
= 0
n = 2
= 0
n = 1
énergie
Un certain nombre de faits, expérimentaux et théoriques, comme les spectres
de raies des métaux alcalins (doc. 28), l’expérience de STERN et GERLACH (doc. 29)
et les travaux de DIRAC en Mécanique quantique relativiste, ont montré que la
description de l’état d’une particule élémentaire grâce à une fonction d’onde
portant uniquement sur les coordonnées d’espace ne permet pas de rendre
compte des phénomènes observés. Pour interpréter ces phénomènes, il faut
admettre que les particules possèdent un moment cinétique intrinsèque ou
moment de spin (ou plus simplement spin) S → , exactement comme elles
possèdent une masse ou une charge électrique.
sud
nord
faisceau d'atomes d'argent
pôles d'un
électroaimant
dépôts d'argent métallique
2 p
2 s
1 s
plaque de verre
z