CHIMIE

a)
b)
700
l (nm)
600 500 400
Doc. 2 Spectres d’émission de différents
atomes.
Le spectre d’émission (ou d’absorption)
des atomes d’un élément
est toujours constitué des mêmes
raies : il est caractéristique de cet élément
: (a) hélium ; (b) mercure.
L’état d’un électron est décrit par le
quadruplet :
(n, , m, m s)
(*) En l’absence de champ électrique ou
magnétique.
L’observation d’un spectre de raies s’explique
par le fait que l’énergie de l’atome
est quantifiée, c’est-à-dire qu’elle ne peut
prendre que certaines valeurs.
0 1 2 3 4
niveau d’énergie s p d f g
Doc. 3 Les notations s, p, d, f et g
sont d’origine spectroscopique.
Comme l’atome d’hydrogène, les atomes des autres éléments chimiques ont un
spectre d’émission constitué de raies. Ces spectres sont caractéristiques et permettent
d’identifier ces atomes (doc. 2).
1.3 La physique quantique
L’interprétation des spectres d’émission des atomes des différents éléments chimiques
n’a pu être faite à l’aide de la mécanique newtonienne. Un nouveau modèle
de description de la matière s’est alors avéré nécessaire : la mécanique quantique.
Les principaux résultats de cette théorie seront présentés au chapitre 9.
Dans ce chapitre, nous nous limiterons à une approche énergétique.
2 Quantification de l’énergie
2.1 Les nombres quantiques
Classification périodique des éléments
En mécanique quantique, l’état d’un électron d’un atome peut être décrit à
l’aide de quatre nombres dits quantiques et notés : n, , m et m s.
• n est appelé nombre quantique principal. C’est un nombre entier positif :
n *
• est appelé nombre quantique secondaire ou azimutal. C’est un nombre
entier positif ou nul inférieur ou égal à n – 1:
0 n – 1
• m est appelé nombre quantique magnétique. C’est un entier relatif
compris entre – et + :
m – m +
• ms est appelé nombre quantique magnétique de spin. Pour un électron,
ms peut prendre deux valeurs seulement :
ms =+ 1
2 ou ms =– 1
2
2.2 Niveaux d’énergie des électrons dans un atome
L’énergie d’un électron d’un atome ne peut prendre que certaines valeurs bien
déterminées : cette énergie est quantifiée.
Ces valeurs ne dépendent que du nombre quantique principal n et du nombre
quantique secondaire (*) .
L’énergie d’un atome est égale à la somme des énergies de ses différents
électrons : elle est donc quantifiée.
Les électrons d’un atome se répartissent sur des niveaux d’énergie.
Un niveau d’énergie est caractérisé par un doublet (n, ).
Ces niveaux sont traditionnellement repérés par des notations systématiques (doc. 3).
Ainsi :
– le niveau ns correspond au doublet (n, 0);
– le niveau np correspond au doublet (n, 1);
– le niveau nd correspond au doublet (n, 2);
– le niveau nf correspond au doublet (n, 3).
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COURS
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