bonjour,
deux petites questions
- comment fait-on pour savoir qu'une orbitale électronique est vide, ou existe, si elle n'a pas d'électron(charge orbitale)
- il y a-t-il une liaison entre orbitale, et le spectre de l'atome... pour quel raison certaines raies apparaissent ? ou, il y a t-il une raison a la répartition des raies dans le spectre , (une liaison entre orbitale et spectre)
Une orbitale est la représentation d'une onde electronique stationnaire autour d'un noyau. Chaque orbitale est un mode de vibration autorisé.
pas le temps de poursuivre maintenant malheureusement
m@ch3
Never feed the troll after midnight!
je reprends.
C'est un peu comme une corde de guitare. Seuls certains mode de vibration sont permis sur une corde, ils dépendent de sa tension. Vous aurez le mode de vibration fondamental, puis tous les modes harmoniques. Ces modes de vibration sont des ondes stationnaires. Je vous conseille une recherche sur ce sujet en particulier si vous ne le connaissez pas. Toute onde qui n'est pas exactement à la fréquence du mode interfère avec elle même de façon destructive.
Peut-on dire que les modes de vibration d'une corde de guitare existent? même si on ne vient pas de pincer la corde? cette question ne fait pas vraiment sens (comme toute question avec "existe" en physique, c'est assez difficile...). On va dire que ces modes font parti des états possibles de la corde, qu'ils existent en tant que potentialité. Mais ils n'existent pas de la même manière que la corde existe. Difficile de ne pas dériver dans la philo ensuite.
Revenons aux orbitales. L'électron est avant toute chose une onde. Un électron dans un puits de potentiel électrostatique, c'est comme une corde de guitare, seul les modes de vibration correspondant à un état stationnaire sont permis. Si l'électron n'est pas dans un de ces modes, il interfère avec lui-même destructivement et s'annule. L'onde est décrite par une fonction d'onde et cette fonction d'onde est la solution d'une équation d'onde. Dans le cas qui nous occupe, cette équation d'onde est l'équation de Schrodinger. Les solutions de cette équation seront les fonctions d'onde correspondantes à tous les modes de vibration permis. L'équation de Schrodinger dépend des caractéristiques de la particule décrite, ainsi que de la forme du potentiel dans lequel elle évolue.
Restons pour l'instant dans le cas simple de l'atome d’hydrogène ou de l'ion monoélectronique (dit hydrogénoïde), un noyau chargé positivement avec un seul électron piégé dans son potentiel électrostatique. Les solutions de l'équation de Schrodinger sont les modes de vibration représentés par les orbitales bien connues, 1s, 2s, 2p etc... Chacune de ces solution correspond à un état et à une énergie.
Dans le cas particulier de l'hydrogénoïde (et en l'absence de champ magnétique externe) il y a ce qu'on appelle une dégénérescence, c'est à dire que plusieurs états possède la même énergie. En l'occurence, 2s et 2p ont la même énergie, 3s, 3p et 3d ont la même énergie, etc. On ne retient donc que 1, 2 ou 3 dans ce cas (c'est le nombre quantique principal, noté n).
Prenons un atome d'hydrogène dans l'état fondamental (n=1), son électron est dans le mode de vibration représenté par l'orbitale 1s et l'énergie est de -13,6eV, c'est à dire qu'il faut fournir 13,6eV au minimum pour que l'électron puisse échapper du potentiel électrostatique du proton dans lequel il est retenu. Dans l'état excité n=2, l'énergie est de -3,39eV, pour n=3, -1,51eV, etc.
Pour passer d'un état à l'autre, l'atome d'hydrogène doit absorber ou céder exactement la quantité d'énergie nécessaire. Par exemple entre n=2 et n=3, 1,88eV exactement. Il y a plusieurs façons de faire cela. Cela peut-être simplement par des collisions inelastiques : deux atomes d'hydrogène se foncent dedans et une partie de l'énergie peut être absorbée ou cédée pour que l'un ou l'autre (ou les deux) atomes changent d'état d'énergie. Mais le processus le plus connu, car très visible, est l'émission et l'absorption de lumière. Le passage de n=3 à n=2 par exemple peut se faire par l'émission d'un photon d'énergie 1,88eV, c'est à dire 656nm : une lumière rougeatre. A l'inverse le passage de n=2 à n=3 peut se faire par l'absorption d'un photon d'énergie 1,88eV.
Ainsi quand on éclaire de l'hydrogène atomique "froid" (majorité d'atome dans des états d'énergie bas) avec de la lumière blanche et qu'on analyse le spectre, on constate que des raies sont manquantes : elles ont été absorbés par les atomes et correspondent exactement aux énergies nécessaires pour les différentes transition possibles. La question qui peut se poser est : les atomes se retrouvent dans un état excité, ils vont se désexcité et émettre alors de la lumière justement aux longueurs d'onde absorbées, pourquoi voit-on alors des raies? plusieurs effets se conjuguent :
-il n'y a aucune raison que l'émission se fasse dans la même direction, donc on a une dispersion
-il n'y a aucune raison que l'émission se fasse immédiatement (phosphorescence)
-il n'y a aucune raison que le retour à l'état fondamental se fasse par le même chemin qu'à l'aller (fluorescence), par exemple un atome qui passe de n=1 à n=3 puis se désexcite en passant par n=2
-enfin, il se peut très bien que ces atomes excités cèdent leur surplus d'énergie d'une autre manière, via une collision
A l'inverse, si on chauffe de l'hydrogène atomique, on va générer de nombreux atomes qui seront dans un état excité et qui peuvent se désexciter, notamment par émission de photons. Le gaz chaud rayonne, et si on analyse le spectre, on voit des raies situées exactement au même endroit que les raies manquante dans le cas de l'absorption par le gaz froid.
Les choses deviennent beaucoup plus complexe pour les atomes ou ions qui possèdent plusieurs électrons. En effet, bien qu'il y ait plusieurs électrons, il n'y a qu'une seule équation d'onde et donc les fonctions d'ondes solutions représentent tous les électrons en même temps. Il y a cependant des astuces et des approximations qui permettent d'exprimer ces fonctions à plusieurs électrons comme produit de fonctions à un seul électron, ce qui permet de retrouver des orbitales du même type que celle de l'hydrogène ou de l'ion hydrogénoïdes.
Il faut par contre bien faire attention à une chose. Dans le cas à un seul électron, on fait souvent un raccourci, par abus de langage : on dit que l'électron change de niveau d'énergie, alors que c'est en fait l'atome qui change de niveau, l'électron lui change d'orbitale. Quand on a plusieurs électrons, pour chaque état l'énergie pour chaque orbitale change plus ou moins. Lors d'un passage d'un état à un autre de l'atome, si un seul électron change d'orbitale, tous les autres électrons, voient donc leur orbitale se modifier, et donc tous changent d'énergie, la somme de tout ces changements étant l'énergie absorbée ou cédée par l'atome lors de la transition.
m@ch3
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