8.S : Structure atomique (résumé)
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Termes clés
| nombre quantique orbital du moment cinétique (l) | nombre quantique associé au moment cinétique orbital d'un électron dans un atome d'hydrogène |
| nombre quantique de projection du moment cinétique (m) | nombre quantique associé à la composante z du moment cinétique orbital d'un électron dans un atome d'hydrogène |
| orbitale atomique | région de l'espace qui contient un certain pourcentage (généralement 90 %) de la probabilité électronique |
| Magnéton de Bohr | moment magnétique d'un électron, égal à\(\displaystyle 9.3×10^{−24}J/T\) ou\(\displaystyle 5.8×10^{−5}eV/T\) |
| rayonnement de freinage | rayonnement produit en ciblant le métal avec un faisceau d'électrons à haute énergie (ou rayonnement produit par l'accélération de toute particule chargée dans un matériau) |
| groupe chimique | groupe d'éléments dans la même colonne du tableau périodique qui possèdent des propriétés chimiques similaires |
| lumière cohérente | lumière composée de photons de même fréquence et de même phase |
| liaison covalente | liaison chimique formée par le partage d'électrons entre deux atomes |
| configuration électronique | représentation de l'état des électrons dans un atome, comme\(\displaystyle 1s^22s^1\) pour le lithium |
| structure fine | structure détaillée des spectres atomiques produits par couplage spin-orbite |
| fluorescence | rayonnement produit par l'excitation et la désexcitation progressive subséquente d'un électron dans un atome |
| structure hyperfine | structure détaillée des spectres atomiques produits par couplage spin-orbite |
| liaison ionique | liaison chimique formée par l'attraction électrique entre deux ions de charge opposée |
| laser | lumière cohérente produite par une cascade de désexcitations d'électrons |
| nombre quantique orbital magnétique | autre terme désignant le nombre quantique de projection du moment cinétique |
| magnétogramme | représentation picturale, ou carte, de l'activité magnétique à la surface du Soleil |
| état métastable | état dans lequel un électron « persiste » dans un état excité |
| monochromatique | lumière composée de photons de même fréquence |
| Parcelle de Moseley | diagramme du numéro atomique par rapport à la racine carrée de la fréquence des rayons X |
| Loi de Moseley | relation entre le numéro atomique et la fréquence des photons X pour la production de rayons X |
|
moment dipolaire magnétique orbital |
mesure de l'intensité du champ magnétique produit par le moment cinétique orbital de l'électron |
| Le principe d'exclusion de Pauli | aucun électron d'un atome ne peut avoir les mêmes valeurs pour les quatre nombres quantiques\(\displaystyle (n,l,m,ms)\) |
| inversion de population | condition dans laquelle la majorité des atomes contiennent des électrons à l'état métastable |
| nombre quantique principal (n) | nombre quantique associé à l'énergie totale d'un électron dans un atome d'hydrogène |
| fonction de densité de probabilité radiale | fonction utilisée pour déterminer la probabilité qu'un électron soit trouvé dans un intervalle spatial en r |
| règles de sélection | règles qui déterminent si les transitions atomiques sont autorisées ou interdites (rare) |
| nombre quantique de projection de spin (\(\displaystyle m_s\)) | nombre quantique associé à la composante z du moment cinétique de spin d'un électron |
| nombre (s) quantique de spin | nombre quantique associé au moment cinétique de spin d'un électron |
| transitions de type spin-flip | transitions atomiques entre états d'un système électron-proton dans lequel les moments magnétiques sont alignés et non alignés |
| couplage spin-orbite | interaction entre le moment magnétique de l'électron et le champ magnétique produit par le moment cinétique orbital de l'électron |
| émission stimulée | lorsqu'un photon d'énergie déclenche une chute d'énergie d'un électron à l'état métastable en émettant un photon supplémentaire |
| métal de transition | élément situé dans l'espace entre les deux premières colonnes et les six dernières colonnes du tableau des éléments qui contient des électrons qui remplissent la sous-couche d |
| électron de valence | électron dans l'enveloppe externe d'un atome qui participe à la liaison chimique |
| Effet Zeeman | division des niveaux d'énergie par un champ magnétique externe |
Équation clé
| Moment cinétique orbital | \(\displaystyle L=\sqrt{l(l+1)}ℏ\) |
| composante z du moment cinétique orbital | \(\displaystyle L_z=mℏ\) |
| Fonction de densité de probabilité radiale | \(\displaystyle P(r)dr=∣ψ_{n00}∣^24πr^2dr\) |
| Moment angulaire de rotation | \(\displaystyle S=\sqrt{s(s+1)}ℏ\) |
| Composante z du moment cinétique de spin | \(\displaystyle S_z=m_sℏ\) |
| Moment magnétique de spin électronique | \(\displaystyle \vec{μ_s}=(\frac{e}{m_e})\vec{S}\) |
| Moment dipolaire magnétique orbital d'électrons | \(\displaystyle \vec{μ}=−(\frac{e}{2m_e})\vec{L}\) |
| Énergie potentielle associée à l'interaction magnétique entre le moment dipolaire magnétique orbital et un champ magnétique externe\(\displaystyle vec{B}\) | \(\displaystyle U(θ)=−μ_zB=mμ_BB\) |
| Nombre maximum d'électrons dans la sous-couche d'un atome d'hydrogène | \(\displaystyle N=4l+2\) |
| Règle de sélection pour les transitions atomiques dans un atome de type hydrogène | \(\displaystyle Δl=±1\) |
| La loi de Moseley pour la production de rayons X | \(\displaystyle (Z−1)=constant\sqrt{f}\) |
Résumé
8.1 L'atome d'hydrogène
- Un atome d'hydrogène peut être décrit en fonction de sa fonction d'onde, de sa densité de probabilité, de son énergie totale et de son moment cinétique orbital.
- L'état d'un électron dans un atome d'hydrogène est spécifié par ses nombres quantiques (n, l, m).
- Contrairement au modèle de Bohr de l'atome, le modèle de Schrödinger fait des prédictions basées sur des déclarations de probabilité.
- Les nombres quantiques d'un atome d'hydrogène peuvent être utilisés pour calculer des informations importantes sur l'atome.
8.2 Moment dipolaire magnétique orbital de l'électron
- Un atome d'hydrogène possède des propriétés magnétiques car le mouvement de l'électron agit comme une boucle de courant.
- Les niveaux d'énergie d'un atome d'hydrogène associés au moment cinétique orbital sont divisés par un champ magnétique externe parce que le moment magnétique angulaire orbital interagit avec le champ.
- Les nombres quantiques d'un électron dans un atome d'hydrogène peuvent être utilisés pour calculer l'amplitude et la direction du moment dipolaire magnétique orbital de l'atome.
8.3 Spin des électrons
- L'état d'un électron dans un atome d'hydrogène peut être exprimé en termes de cinq nombres quantiques.
- Le quantum du moment cinétique de spin d'un électron est =\(\displaystyle +½\). Le nombre quantique de projection du moment cinétique de spin est\(\displaystyle ms =+½\) ou\(\displaystyle −½\) (spin up ou spin down).
- Les structures fines et hyperfines du spectre de l'hydrogène s'expliquent par les interactions magnétiques au sein de l'atome.
8.4 Le principe d'exclusion et le tableau périodique
- Le principe d'exclusion de Pauli stipule que deux électrons d'un atome ne peuvent pas avoir les mêmes nombres quantiques.
- La structure du tableau périodique des éléments peut être expliquée en termes d'énergie totale, de moment cinétique orbital et de spin des électrons dans un atome.
- L'état d'un atome peut être exprimé par sa configuration électronique, qui décrit les couches et sous-couches qui sont remplies dans l'atome.
8.5 Spectres atomiques et rayons X
- Le rayonnement est absorbé et émis par des transitions de niveau d'énergie atomique.
- Les nombres quantiques peuvent être utilisés pour estimer l'énergie, la fréquence et la longueur d'onde des photons produits par les transitions atomiques.
- La fluorescence atomique se produit lorsqu'un électron d'un atome est excité à plusieurs niveaux au-dessus de l'état fondamental par l'absorption d'un photon ultraviolet (UV) de haute énergie.
- Les photons X sont produits lorsqu'une lacune dans la couche interne d'un atome est comblée par un électron provenant de l'enveloppe externe de l'atome.
- La fréquence du rayonnement X est liée au numéro atomique Z d'un atome.
8.6 Lasers
- La lumière laser est une lumière cohérente (monochromatique et « liée à la phase »).
- La lumière laser est produite par inversion de population et désexcitation ultérieure des électrons dans un matériau (solide, liquide ou gazeux).
- Les lecteurs CD et Blu-Ray utilisent des lasers pour lire les informations numériques stockées sur les disques.