Transcript 5.2 Théorie de la mécanique quantique

Rappels historiques et
théoriques
Le modèle atomique en constante
évolution!
John Dalton (1766-1844)

Modèle de la boule de billard

1807
Joseph John Thomson
(1856-1940)

Modèle du pain aux raisins

1904
Ernest Rutherford
(1871-1937)

Modèle planétaire/nucléaire

1911
5.2 Théorie de la
mécanique quantique

5.2.1 Limites de l’atome de Rutherford



L’atome de Rutherford ne permet pas
d’expliquer les propriétés et les liaisons
chimiques.
L’arrangement des électrons est
important.
Nouvelles théories reliées à l’étude de la
lumière émise ou absorbée par les
atomes
Neils Bohr (1885-1962)

Modèle planétaire quantifié

1913
Notions de physique de base


Onde: énergie transmise sous forme de
perturbation dans un milieu
Exemples:



collision de voitures
corde de violon
vagues
Caractéristiques des ondes


Longueur d’onde:
distance entre 2
crêtes consécutives
Fréquence: nombre
de longueurs d’onde
qui se succèdent par
seconde en un point
donné
C= λ x v

C : vitesse de la lumière dans le vide
(3x108 m/s)

λ : longueur d’onde (en m)

v: fréquence (s-1)
Débat…


Certains phénomènes s’expliquent par
la notion de particule.
On étudie alors les masses et les
positions de différents corps.
Mais…
D’autres phénomènes s’expliquent par
la notion d’ondes
(les radiations n’ont ni masse ni position)

Dualité onde-corpuscule


La lumière possède certaines
caractéristiques des ondes et des
particules.
La lumière obéit aux lois de la
mécanique des ondes, elle peut être
caractérisée par une longueur d’onde et
une fréquence.
Selon Maxwell Planck

Chaque photon de lumière possède une
certaine quantité d’énergie
E= h ν
ou
E = h c /λ
h: constante
( car c = λ ν et ν= c/ λ )

Selon Einstein (en 1905)





L’énergie a une masse
E = mc2
Ainsi:
E= mc2 = hv = h c /λ
Donc: λ = h/mc
Selon Bohr


L’énergie des électrons dans l’atome
doit être quantifiée
L’analyse des spectres apporte des
précisions…
Spectroscopie



Activée par un fort courant électrique,
une lampe émet de la couleur.
La couleur émise dépend du gaz
impliqué.
Chaque élément gazeux a son spectre
qui lui est propre
Analyse du spectre de
l’Hydrogène
-
-
-
Émission d’ondes d’une longueur d’onde
spécifique.
L’atome absorbe et émet des quantités
précises d’énergie.
Chaque électron occupe un niveau
d’énergie spécifique autour du noyau de
l’atome…


Les raies du spectre correspondent aux
sauts de l’électron d’un niveau
supérieur vers un niveau inférieur
d’énergie.
La perte d’énergie est décelée par
l’émission d’une lumière de couleur (de
longueur d’onde) spécifique.
Limites du modèle de Bohr


Le spectre de substances plus
complexes (avec plusieurs raies) ne
peut être expliqué par ce modèle.
Nouvelle branche de la physique… les
ondes, les statistiques et les probabilités
entrent en jeu!
Selon Louis de Broglie (1924)



Si la lumière peut avoir une dualité
ondes-corpuscules, alors les petites
particules aussi, dont l’électron
L’électron peut être caractérisée par
une longueur d’onde
λ = h/mv
Mécanique et mécanique!

Mécanique classique


Pour expliquer le comportement des objets
Ex: lois de Newton

Mécanique quantique

Pour expliquer le comportement des
particules très petites.
5.2.2

Principes de base de la
mécanique quantique
Principe d’incertitude


Il est impossible de déterminer la quantité
de mouvement et la position d’un électron
en mouvement
(Principe de Heisenberg)


Mots clefs: statistique et probabilité
Deux notions à retenir:


L’énergie des électrons est quantifiée
Différents états d’énergie des électrons
sont caractérisés par des nombres
quantiques.
Comment a-t-on trouvé ces
nombres quantiques???

Ils sont dérivés d’une équation
mathématique nommée :
L’équation d’onde de Schrödinger
Voulez-vous vraiment savoir?