L'atome : ouverture au monde quantique

 (chapitre 14 de physique)

 

Introduction : Dans la théorie  Newtonienne, les interactions entre deux forces peuvent être de deux types :

-  « …………………………………….……..  ou loi de Newton » : deux corps ponctuels de masse mA et mB distants de r

 exercent l’un sur l’autre des forces gravitationnelles attractives …………. et ………………….. de même direction mais de

 ………… …………………. : F A/B=F B/A=……………………………………………=..........................................................

- interaction Coulombienne : 2 corps ponctuels portant des charges ponctuelles qA et qB distants de r exercent l’un sur

 l’autre des forces électriques de même direction mais de ………… …………………. : F A/B=FB/A=…………………………

Quelles sont les similitudes et les différences entre un atome et une planète au sein du système solaire ?

Similitudes : …………………………………………………………………………………………………………………………....

……………………………………………………………………………………………………………………………………….....

Différences :  ………………………………………………………………………………………………………………………….

………………………………………………………………………………………………………………………………………......

Conclusion : la mécanique de Newton n’est pas utilisable à l’échelle atomique.

 

I°) La quantification de l’énergie :

   1°) Hypothèse de PLANCK :

    Lorsque l’on envoie un faisceau d’électrons sur un gaz et que l’on analyse le spectre de la lumière émise, on constate

   que celui-ci…………………………………………………………… et présente  …………………………………………………

   appelés « raies » à des longueurs d’ondes bien précises.

Interprétation (hypothèses de PLANCK) :

  - Lorsque l’on fournit de l’énergie à un atome : celui-ci peut l’absorber (si l’apport est suffisant). Il passe d’un état stable

   (basse énergie) à un état excité (………………. énergie).

  - Lorsque l’atome est dans un état excité (haute énergie), il possède un surplus d’énergie qu’il va restituer en repassant à

    un état plus stable, il va y avoir émission d’énergie sous forme lumineuse.

 

2°) Postulat d’EINSTEIN : Ces échanges d’énergie notés DE , se font par quantité bien définie appelée « quantum

    d’énergie » : l’atome va donc absorber ou émettre des quantités très précises d’énergies qui seront différentes d’un

    atome à l’autre.

 

3°) Le quantum d’énergie : Le quantum est transporté par des particules appelés photons (masse nulle, charge nulle et

      vitesse proche de celle de la lumière dans le vide  …………………). Un quantum correspond à une ondemonochromatique

       de fréquence n (pas le même symbole que les ondes mécaniques (……….) car il n’y a pas de transport de matière)

        caractérisé par :

 

DE=hn=h…… avec DE : énergie absorbée ou émise par l’atome en …………… (1 eV=………..........................)

h : constante de PLANCK=6,62.10-34………………

n : fréquence de l’onde en……………..

c : vitesse de la lumière dans le vide =3,00108 m/s

 

Remarque : on voit que plus la longueur d’onde d’une radiation est courte, plus le quantum d’énergie associé est

                      …………................

 

II°) Interprétations des spectres :

          Le spectre est la carte d’identité de l’atome, de la molécule ou du noyau.

 

1°) Spectre de raies d’émission atomique  (cas de la lampe au sodium :

décharge électrique dans une ampoule contenant des vapeurs de sodium) :

 

  400 nm                                                                                                                      800 nm

   (violet)                                                                                                                       (rouge)

Il y a émission de lumière lorsque, après avoir été excité, l'atome subit une transition d'un niveau d'énergie Ei (niveau 3 par exemple) à un niveau d'énergie inférieur Ef (niveau 1 par exemple)

 
      2°) Spectre de raies d’absorption atomique : de la lumière blanche traverseune ampoule contenant des vapeurs de sodium,

                on regarde le spectre à la sortie) :

 


 

 

     800 nm   (rouge)                                                                                               500 nm    (vert)   

        Le sodium absorbe le jaune.                                                                           

Un atome (comme le sodium) peut absorber de l'énergie lumineuse : il subit alors une transition d'un niveau d'énergie Ei (niveau 1 par exemple)  à un niveau d'énergie supérieur Ef (niveau 3)

 

Remarque : on peut ioniser un gaz (par exemple passage de Na à Na+ ) quand l’énergie absorbée permet d’atteindre

le niveau énergétique le plus ………………………