Les points essentiels• L’évolution du modèle atomique;

• Le modèle de Thomson;

• Le modèle de Rutherford;

• Le modèle atomique de Bohr;

• Le quantum.

• Retour sur le spectre de l’hydrogène;

• Les différentes séries;

L’évolution du modèle atomique

Les premiers modèlesLes contraintes

•explication des lignes spectrales;•explication des propriétés atomiques connues.

Le modèle de J.J. Thomson •sphères positive avec des électrons ici et là;•les électrons oscillent en émettant de la lumière;•le nombre d’électrons --> poids atomique..

Échec •Car ce modèle ne réussit pas à expliquer les lignes spectrales.

L’expérience de Rutherford (1909)

1913 – Le physicien Anglais E. Rutherford utilise un faisceau de particules (5 MeV) (produit par l’Uranium) afin d’analyser la structure atomique.

Microscope

Écran de Zinc

Feuille d’or

Source

Collimateur

Représentation schématique de l’appareil de Geiger-Mardsen

Résultats de l’expérience

Observations •la quasi totalité des particules ne sont pas déviées;•un petit nombre de particule sont déviées avec de grands angles.

Conclusion •La charge n’est pas répartie uniformément!

Le modèle de Rutherford

Problèmes avec les électrons •l’électron est immobile, mais alors il devrait tomber sur le noyau.•l’électron se déplace --> émission de radiation --> perte d’énergie -->trajectoire spirale --> l’électron tombe sur le noyau (t ~10-8 s).

+ -

-

-

-

-

- -

-

Le quantumSerait-il pensable qu’une source de lumière n’émette pas d’ondesélectromagnétiques de façon continue, mais plutôt, des petits paquetsdistincts d’énergie dans toutes les directions? Ces petits paquets d’énergie seraient comparables à des particules élémentaires qu’on appellerait PHOTONS qui voyageraient à la vitesse de la lumière. Chaque photon ou QUANTUM posséderait une quantité d’énergie dont la valeur serait donnée par:

E = h f

où E: énergie d’un quantum (photon) en joules f: fréquence de la lumière associée à ce quantum (en Hz) h: constante de Planck ( = 6,626 10–34 J.s).

Modèle atomique de Bohr

• 1913 – Physicien Danois Niels Bohr

• Électron en mouvement circulaire uniforme autour du noyau:

2 2

2

ke mvF

r r

Les postulats de Bohr1. L’électron se déplace uniquement sur

certaines orbites circulaires appelées « états stationnaires ».

2. Émission d’un rayonnement seulement si l’électron passe d’une orbite permise supérieure à une orbite permise inférieure.

hf = Ei – Ef

où, h est la constante de Planck et Ei et Ef représentent l’énergie initiale (i) et l’énergie finale (f).

3. Le moment cinétique de l’électron ne peut prendre que des valeurs entières multiples de .

Les postulats de Bohr

2h

2

nhL mvr n

(n = 1, 2, 3, 4…)

Traitement mathématique

221

v 2 e

keE K U m

r

2 2

2

v kem

r r

2 2 21 1

2 2

ke ke keE

r r r d’où: Énergie totale

Selon le 1er postulat:

E, énergie totale de l’électron en MCU (vitesse v). U, énergie potentielle électrique due à l’attraction de l’électron(charge –e) situé à une distance r du noyau de charge +e.

Traitement mathématique (suite)

i - fh f E ESelon le 2ième postulat:

nnrvmn e L Selon le 3ième postulat:

Méthode de résolution

• On isole vn dans troisième postulat que l’on remplace dans le premier postulat pour isoler rn .

Traitement mathématique (suite)Pour l’hydrogène on trouve:

(m) 4

22

22

en mke

hnr

(eV) 13,6

(J) 2

1

2

2

n

r

ekE

nn

Calcul d’une longueur d’ondeLorsqu’un électron passe d’un niveau d’énergie supérieureà un niveau d’énergie inférieure on obtient:

(m) E

hc

ExempleQuelle est la longueur d’onde émise lorsqu’un électron passedu niveau initial ni = 3 au niveau final nf = 2 ?:

nm 656

J/eV106,1eV 89,1

10310626,6

19

834

E

hc

Solution

Ici E3 – E2 = -1,51 eV – (-3,40 eV) = 1,89 eV

Alors:

(Soit la raie H)

Retour sur le spectre de l’hydrogène

n = 1

n= 6

n = 5

n= 4

n= 3

n = 2

- 13,6 eV

- 0,85 eV

- 3,40 eV

- 1,51 eV

- 0,54 eV

- 0,38 eV

Les différentes sériesSérie nf ni Région

Lyman 1 2, 3, 4, 5 … UV

Balmer 2 3, 4, 5, 6 … Visible

Pashen 3 4, 5, 6, 7 … IR

Brackett 4 5, 6, 7, 8 … IR

Pfund 5 6, 7, 8, 9 … IR

……….

2 2

1 1 1

f i

Rn n

Exercices proposés2203, 2205, 2208, 2209 et 2210.