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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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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 kA2 c = 2,997925.108 m.s-1. h est la constante de Planck h = 6,626 10-34 J.s.
Le spectre électromagnétique Le Spectre ElectroMagnétique l.n = c h.n = E La lumière est émise ou absorbée
Les spectres atomiques Prisme Collimateur Film enregistreur Les Spectres Atomiques l.n = c h.n = E
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 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 - 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 {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 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 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 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 modèle de Bohr et atome H2 {n} Le modèle de Bohr et spectre de l'atome d'hydrogène
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 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.
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 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 états de l’H2 Les états de l ’hydrogène
La forme des états S et P La forme des états « s » et « p » 1s 2s 2pz 2px 2py
La forme des états « d » La forme des états « d »
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 (1K; 2L; 3M; 4N; 5O; 6P) - 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 3s½½, 3p ½½½½, 3d ½½½½½½
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
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 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
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 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 Au total on obtient la structure: ns; (n-2)f; (n-1)d; np
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) Structure du Tableau En termes de périodes - groupes et sous-groupes
Structure du tableau Structure du Tableau En termes de périodes - groupes et sous-groupes
Structure du tableau (élement) Structure du Tableau
Les métaux Les métaux
Les métaux et les non-métaux Les métaux et les non métaux
Elément gazeux du tableau Structure du Tableau L ’état physique des éléments:
Elément liquide du tableau Structure du Tableau L ’état physique des éléments:
Elément solide du tableau Structure du Tableau L ’état physique des éléments:
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)
Propriétés du rayon de covalence Propriétés des éléments Le rayon atomique - Propriétés 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 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 Propriétés des éléments Le Potentiel d’ionisation
Variation du pot. d ’ionisation au des atomes Propriétés des éléments Le Potentiel d’ionisation
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 ’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