Niveaux Quantiques d'Energie

[tududidu]

Bonjour,

Voilà, en mécanique quantique on parle des niveaux d'énergie, et ces derniers sont fixés par le nombre quantique n.

Par exemple, si je prends un atome d'hydrogène, les niveaux d'énergie sont définis par la simple relation :

En = - E1 / n² où n est, à priori, n'importe quel nombre entier strictement positif.

Mais alors, me demandais-je, pourquoi quand on observe le spectre de l'hydrogène, on observe seulement les différences d'énergie qu'il y a entre les niveaux n= 1 et n=7 ?

Par exemple :
série de Lyman = énergies entre E1 et les E2, E3....E7 (donc 6 niveaux)
série de Balmer = énergies entre E2 et les E3, E4...E7 (5 niveaux)
série de Paschen = énergies entre les E3 et les E4, E5...E7 (4 niveaux)
etc...

En gros ma question c'est : pourquoi, pour les n > 7, on n'observe aucune raie? ?? Normalement, les niveaux n= 8,9,10 etc devraient eux aussi "exister", non ?

De manière plus générale, si on regarde le Tableau Périodique des Eléments qui classe tous les atomes présents sur Terre (et, jusqu'à preuve du contraire, dans l'Univers), on observe que tous ces atomes sont rangés par ligne, et que, à chacune des lignes du tableau correspond une valeur du nombre quantique n.

Là encore, il n'y a que 7 lignes (n=1 à n= 7), et pas une de plus! Les atomes de la "huitième ligne" et plus n'existent pas !

Mais POURQUOI donc ?

P.S : ...ne vous sentez pas obligé de me répondre que :"c'est parce que 7, c'est le chiffre de SATAN!", on me l'a déjà faite cette blague pourave...
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[coussin]

Les transitions avec n>7 existent bien evidemment (qu'est-ce qui vous fait croire qu'elles n'existent pas ?).
Dans le tableau périodique, une ligne ne correspond pas à une valeur de n (là encore, où avez-vous vu ça ?) Les éléments sont rangés en fonction du remplissage des couches électroniques.

[Amanuensis]

Là encore, il n'y a que 7 lignes (n=1 à n= 7), et pas une de plus! Les atomes de la "huitième ligne" et plus n'existent pas !

Si on prend la colonne des "gaz nobles", le dernier connu (si on peut dire) est le septième, Z=118.

Il n'y a pas de raison de penser qu'on ne synthétisera pas un jour le 119, et donc qu'on démarre la "8ème ligne".

Par contre, l'inverse de la constante de la structure fine valant 137 et quelques, il y des raisons de penser qu'il y a un "mur" vers cette valeur, et donc que la huitième ligne ne peut pas être complète.

[tududidu]

Merci pour vos réponses!

envoyé par Coussin
Les transitions avec n>7 existent bien evidemment (qu'est-ce qui vous fait croire qu'elles n'existent pas ?)

Bah... j'en sais rien justement! J'extrapolais sans doute un peûûu en fait: mais, quand on parle des raies de l'hydrogène, on mentionne souvent les séries le Lyman, Paschen ou Balmer, qui font état uniquement les transitions possibles d'énergie entre les niveaux E1 et E7.

En tout cas, dans les séries de raies mentionnées ci-dessus, on ne voit nullement mentionnées de transitions de niveaux d'énergie pour des valeurs de n supérieures à 7...donc, en somme, si ces transitions avec les n > 7 existent, je me pose alors simplement la question: comment les observe-t-on ?

Une façon de reformuler la question serait : Pourquoi les transitions E1 -> E8 ou E1 -> E3687597 n'apparaissent-elles pas dans la série de Lyman?
Ou encore: Pourquoi les transitions E2 -> E8 ou E2 -> E3687597 n'apparaissent-elles pas dans la série de Balmer ?

envoyé par Coussin
Dans le tableau périodique, une ligne ne correspond pas à une valeur de n (là encore, où avez-vous vu ça ?) Les éléments sont rangés en fonction du remplissage des couches électroniques.

Où j'ai vu ça.. beeeh...dans Wikipédia pardi !! (m'enfin, c'est toujours mieux que Facebook.....) Mais bon, j'admettrais volontiers me tromper, simplement j'aimerais comprendre...

Je cite wikipédia http://fr.wikipedia.org/wiki/Tableau...A9l%C3%A9ments :

" Ainsi, chaque ligne du tableau (appelée période) correspond à une couche électronique, identifiée par son nombre quantique principal, noté n : il y a sept couches électroniques connues à l'état fondamental, donc sept périodes dans le tableau périodique standard, numérotées de 1 à 7 "

Citation que l'on trouve au paragraphe Construction du tableau.

envoyé par Amanuensis
Si on prend la colonne des "gaz nobles", le dernier connu (si on peut dire) est le septième, Z=118.

Il n'y a pas de raison de penser qu'on ne synthétisera pas un jour le 119, et donc qu'on démarre la "8ème ligne".

Par contre, l'inverse de la constante de la structure fine valant 137 et quelques, il y des raisons de penser qu'il y a un "mur" vers cette valeur, et donc que la huitième ligne ne peut pas être complète.

C'est la valeur de la constante de la structure fine qui rendrait des atomes trop "instables"? Et qui ferait que ces derniers "n'existeraient pas "?
Je vais me renseigner sur la constante de structure fine, c'est encore un peu abstrait pour moi.

... et d'ailleurs, je me demandais si il y avait forcément besoin d'aller jusqu'à une hypothétique huitième ligne pour chercher de "nouveaux atomes" dans le Tableau Périodique des Eléments ...

Si je comprends bien : on remplie chaque ligne du tableau périodique en fonction du nombre quantique secondaire l , celui-ci peut prendre les valeurs :
0 <= l <= n-1
donc en théorie, comme les valeurs du nombre quantique principal n connues vont de 1 à 7, alors les valeurs de l pourraient, en théorie, prendre toutes les valeurs :
0 <= l <= 6

Et, sachant que les orbitales s, p, d, f, g, h, i correspondent aux valeurs respectives de l 0,1,2,3,4,5,6, il devrait se trouver des blocs g, h et i dans le tableau correspondant aux valeurs 4,5,6 possibles de l.

Or, il semble qu'il n'y est aucun atome connu dont la valeur de l vaut 4, 5 ou 6 (orbitales g, h ou i)...


P.S:Merci beaucoup Amanuensis!...je n'avais pas eu l'occasion de te remercier pour tes précédentes réponses, alors voilà, c'est fait!...ça me donne envie de m'intéresser à la Physique!

[A voir en vidéo sur Futura]

[Amanuensis]

C'est la valeur de la constante de la structure fine qui rendrait des atomes trop "instables"? Et qui ferait que ces derniers "n'existeraient pas "?
Je vais me renseigner sur la constante de structure fine, c'est encore un peu abstrait pour moi.

Je ne connais pas les détails fins, mais

- l'électromagnétisme quantique (QED) fait apparaître des séries en alpha^n (avec alpha la constante de la structure fine), qui convergent rapidement puisque alpha est petit devant 1 ;

- à ce que je comprends, les calculs pour un noyau font apparaître des séries en (Z.alpha)^n, qui convergent de moins en moins rapidement avec de grands Z, et il se passe quelque chose vers Z.alpha>1. Mais c'est peut-être une interprétation erronée de ma part, je n'arrive pas avec une petite recherche rapide sur le net à corroborer l'idée.

[stefjm]

Gerom00 avait relevé cela

http://forums.futura-sciences.com/ph...ml#post2436215


et 137.me, c'est la masse de Nambu qui a des propriétés bizarres.

http://forums.futura-sciences.com/ph...-de-nambu.html

[coussin]

Une façon de reformuler la question serait : Pourquoi les transitions E1 -> E8 ou E1 -> E3687597 n'apparaissent-elles pas dans la série de Lyman?
Ou encore: Pourquoi les transitions E2 -> E8 ou E2 -> E3687597 n'apparaissent-elles pas dans la série de Balmer ?

Puisque vous connaissez wikipedia : http://fr.wikipedia.org/wiki/S%C3%A9rie_de_Lyman
Vous voyez bien que ça ne s'arrête pas à n=7 Il y a une infinité de transitions dans la série de Lyman. Par contre, l'écart entre E3687597 et E3687598 est sans doute plus petit que la largeur naturelle de la raie...

[tududidu]

Puisque vous connaissez wikipedia : http://fr.wikipedia.org/wiki/S%C3%A9rie_de_Lyman
Vous voyez bien que ça ne s'arrête pas à n=7 Il y a une infinité de transitions dans la série de Lyman.

En effet! Merci d'avoir pointé mon erreur!

Par contre, l'écart entre E3687597 et E3687598 est sans doute plus petit que la largeur naturelle de la raie...

Ah oui, la largeur des raies...on trouve des choses très intéressantes là dessus... mais ça devient vite très compliqué à comprendre!Temps de vie du niveau n lié au Principe d'Incertitude, Effet Doppler, résolution de l'instrument d'observation...et j'en passe et des meilleurs (http://www.lesia.obspm.fr/perso/thie...14_spectro.pdf )