Les interactions et les protons

[Chmiman]

Bonsoir, pour expliquer l'électronégativité de façon précise, j'ai besoin d'une confirmation ou plutôt d'un éclaircissement sur les notions d'attraction proton et eclectrons au seins de l'atome .

Si j'ai un noyau qui a 30 protons, et que ce noyau entouré de 30 électrons donc, fait une liaison covalente avec un autre élément, en quoi le nombre de charges positives attirerait davantage les électrons ? En fait, pourquoi plus on a de protons, plus les électrons sont attirés ? Si je prends un proton , celui ci interagit il avec un seul électron ou plusieurs ? La particule chargée positivement, n'est elle en interaction qu'avec une charge négative ou plusieurs autour d'elle? Car je sais à peine comment expliquer que 30 protons + 30 électrons égal neutre au final, puisque l'on ne peut pas associer un électron à un proton et dire que que chaque proton annule chaque électron , vu que chaque proton agit sur chaque électron ! Donc pour revenir à mon problème, je ne sais pas comment expliquer que plus un atome a de protons, plus il va avoir tendance à attirer les électrons .

C'est peut être un peu fouillis mes réflexions, mais le sens est là je pense, comment les particules font ?
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[Paraboloide_Hyperbolique]

Bonsoir,

Il ne faut pas raisonner par "la charge d'un électron annule celle d'un proton". Cela n'est vrai que si protons et électrons sont confondus deux à deux (auquel cas on aurait des neutrons). La répartition des protons et des électrons compte beaucoup.

En effet, les protons sont tous rassemblés dans un espace très petit par rapport à l'atome (son noyau), tandis que les électrons se "baladent" "loin" dudit noyau. Typiquement, un électron se trouve à environ 1 Angström (10^(-10) m) du noyau, tandis que le diamètre du noyau est de l'ordre du femtomètre (10^(-15) m). Typiquement, si un noyau atomique était de la taille d'une bille (3 cm), les électrons se "baladeraient" à 3 km de la dite bille*.

Quand les électrons interagissent avec les protons du noyau, ceux-ci (les électrons) sont trop éloignés pour "voir" un proton en particulier. Un électron "ressent" donc l'interaction avec l'ensemble des protons du noyau. Si le noyau compte un grand nombre de protons, les électrons "ressentiront" juste une plus forte attraction et auront tendance à s'en rapprocher.

Ne connaissant pas votre niveau de connaissances, l'explication ci-dessus est "faite avec les mains". En pratique, il vaut mieux raisonner en terme de potentiel d'interaction; un plus gros noyau possédant un puits de potentiel plus profond dans lequel "tombent" les électrons. Il faut aussi prendre en compte d'autres effets comme celui de la répulsion électrique entre électrons, le principe d'exclusion de Pauli, l'effet d'écrantage et autres joyeusetés typiquement quantiques*.

*Il serait plus prudent de dire que la densité de probabilité de présence d'un électron atteint un maximum à environ 1 Angström du noyau (et encore, cela dépend de l'atome et de l'orbitale considérée).

[mach3]

Prenons un noyau à 30 protons et ajoutons progressivement des électrons. Le premier électron "ressentira" une force énorme due aux 30 charges positive et cela va réduire le rayon moyen auquel il se trouve (pour l'hydrogène c'est 0,5 angstrom, alors que là ce sera 30 fois plus petit).
Le deuxième électron verra à peu près la même chose. Il y a 30 charges + et une charge -, mais comme elles ne sont pas au même endroit, en moyenne cela fera comme si il voyait un chouia plus que 29 charges. Il sera à peine plus loin que le premier.

Si on ignore la mécanique quantique, on peut continuer à entasser des électrons très près du noyau ainsi, ce qui impliquerait que plus Z est grand, plus l'atome est petit. C'est ce que l'on constate dans chaque période du tableau des éléments, mais PAS d'une période à l'autre : l'hélium est plus petit que l'hydrogène, le fluor plus petit que le lithium, mais le lithium est plus grand que l'hélium.
Cela tient au fait que les électrons ne sont pas des petites billes qui tournent autour du noyau comme elles veulent. Ils ne peuvent occuper que certaines "zones" et ne peuvent pas s'y entasser à plus de deux, à cause de leur nature ondulatoire et du fait que ce sont des fermions (c'est de la mécanique quantique, on ne va pas entrer dans le détail, c'est prématuré). Cela induit une structure en couche, qui se remplissent dans un ordre particulier. En fait à chaque nouvelle période on attaque le remplissage d'une nouvelle couche où la distance moyenne des électrons est plus grande que dans la couche précédente.
Donc du début à la fin d'une période, les électrons sont de plus en liés au noyau, mais en changeant de période, on commence à remplir une nouvelle couche, plus lointaine, où les électrons sont moins liés. Cela implique les effets suivants : les atomes de début de période peuvent céder facilement les électrons de la couche extérieure (dite de valence) et ceux de la fin peuvent facilement prendre des électrons supplémentaires dans leur dernière couche (sauf si elle est pleine, c'est le cas des gaz rares).

m@ch3

[Chmiman]

Merci beaucoup ! Et ducou , quand j'y repense , on dit que les deux facteurs pour qu'un élément soit électronégatif ,c'est avoir beaucoup de protons et une couche de Valence plutôt proche du noyau , mais ducou ces deux conditions sont un peu contradictoires , enfin je veux dire plus on a de protons plus on aura de couches de valences lointaines ! Donc j'imagine que le fluor représente l'équilibre moyen entre nombre de protons et couche externe pas trop éloignée du noyau !

De plus , si j'ai 30 protons et que le veux mettre un électron encore orbite , ca veux dire que chaque proton exerce une force sur cet électron ? Il va forcément craquer et se coller au noyau non , car pourquoi diminuer la distance au noyau parce que les forces sont plus fortes ? J'imagine que si l'électron de hydrogène est près du Noyau il doit tourner hyper vite !

[A voir en vidéo sur Futura]

[Chmiman]

Plus Z est grand plus l'atome est petit , je ne comprends pas la logique , ni celle qui dit que les electrons vont tourner très près du Noyau , car au fond , un électron peut choisir de tourner très très très vite pris du Noyau , car il est très attiré , ou choisi de tourner loin du noyau mais moins vite non ?

Ce qui est compliqué c'est de savoir comment cela fonctionne électriquement , au niveau attraction répulsion et surtout intensité de ces attractions ou répulsions !

[phys4]

Sans mécanique quantique pas de salut pour comprendre la stabilité de l'atome.
Pour l'approche la plus simple il faut se représenter l'attraction du noyau comme un puits de potentiel dans lequel viennent se loger les orbites électroniques.
Chaque orbite doit comprendre un nombre entier de longueurs d'onde de l'électron.
Or plus la profondeur du puits est grande plus l'énergie de l'électron est grande et plus la longueur d'onde est petite. Les couches internes pourront donc se tasser très proches du noyau.
La couche externe ne voit que la différence de charge entre le noyau et les couches intermédiaires, donc la couche la plus externe de 8 électrons au maximum ne subit l'attraction que de 8 charges au plus, c'est pourquoi tous les atomes ont presque même rayon externe. Lorsqu'on atteint le nombre d'électrons égal à la charge du noyau, l'atome n'attire plus d'autre électron, il est neutre pour l'extérieur.

[Chmiman]

Je comprends pas du tout l'histoire de puit, de profondeur et de longueurs d'onde ! Je comprends pas pourquoi un électron peut arriver à tenir avec beaucoup de protons autour de lui ! En fait , au niveau physique pourquoi il tourne très près du Noyau ?

[phys4]

Il faut voir les électrons, non comme des points, mais des ondes qui remplissent leurs orbites. Ils ont une longueur d'onde correspondant à l'onde stationnaire qu'ils forment autour du noyau.
Le premier niveau est sphérique (couche s) les autres ressemblent à des tores déformés, je ne détaillerai pas ces formes ici, vous les trouverez dans une bonne documentation.

Les couches internes d'électrons forment un blindage autour du noyau, donc pour la couche supérieure la charge équivalente n'est plus que la différence des charges noyau - couches intermédiaires.

[Chmiman]

Je comprends pas comment un nuage électronique peut exister si le nombre d'électron est supérieur au nombre de protons ou inversement ! Je comprends que les électrons sont des ondes , mais des ondes qui bougent en rond ? Toutes vos explications niveau première S je comprend pas, car j'ai juste appris bêtement que une charge + et une charge moins s'annule , mais peut être que un cours expliquerait mieux qu'un forum sur tout cela ? Car je comprends vraiment pas , je veux dire , je suis limité aux notions d'électrons qui tournent comme des planètes et des interactions style interaction électromagnétique ou interaction faible et forte , et je suis totalement perdu , savez vous où trouver un endroit ou tout est clairement expliqué sur ce sujet ?

Je vous demande cela pour vous éviter de répondre et que je comprenne pas , j'ai peur que l'on aille nulle part , mais si vous voulez blin m'expliquer simplement je veux bien !

[phys4]

Voici quelques références simples, si vous voulez tenter de comprendre comment se répartissent les électrons autour du noyau de l'atome:

http://www.sciences-en-ligne.com/DIS...ctro_intro.htm
https://fr.wikipedia.org/wiki/Config...%A9lectronique

Bonnes lectures.

[Chmiman]

Merci beaucoup , mais meme sur ces sites je ne trouve pas pourquoi un électron peut arriver à tourner autour dd'un Noyau de plusieurs protons , et pourquoi plusieurs électrons peuvent tourner autour d'un Noyau constitué de moins de protons que d'électrons , meme en ancrant la notion d'onde , je comprends pas non plus au niveau physique pourquoi l'électron choisit de plutôt etre près ou loin du Noyau , ni les interactions précises qui régissent le Noyau + le nuage électronique , comme vous avez vu pour moi une charge + attiré une seule charge moins !

[phys4]

Pour donner une explication plus progressive :
tous les protons sont tassés en un noyau minuscule par rapport aux électrons, les charges positives agissent donc ensemble.

Le premier électron est attiré par toutes les charges, il se trouve donc fortement attiré (30 e⁺) et se trouve proche du noyau.
Le second électron est attiré par une charge de moins puisque le premier électron est plus proche que lui, il voit 30-1 charges
et ainsi de suite jusqu'au 30ème qui est attiré par une seule charge (30e⁺ - 29e^-), de ce fait cet électron se trouvera sur une orbite de taille similaire à celle qu'il aurait autour d'un proton unique.

En réalité c'est un peu plus compliqué car les électrons interagissent au moins par deux à la fois, mais je vous encourage à essayer de comprendre les lectures simples indiquées.

[Chmiman]

Je comprends pas pusieurs choses , d'abord le mécanisme , je comprends pas le sens de 30-1=29 quand on parle de charges , pour Moi un proton attire les électrons autour de lui , qu'ils soient 10 ou 10000000 , et l'attraction est la meme oui deux électrons à meme distance de ce proton , ca c'est les bases que j'ai . Je sais qu'un Noyau contient des protons , mais si je met un seul électron à graviter , celui ci est attiré par chacun des protons , donc très attiré . Pour éviter que cet électron ne s'écrase sur le Noyau , il a deux choix, tourner très très très vite très près du Noyau , ou bien tourner vite mais moins plus loin du Noyau , car l'interaction aura diminué avec la distance . Je ne comprends pas pourquoi il choisit la première et pas la deuxième , surtout quand on nous rabâche que la nature est peu consommatrice d'énergie .

L'autre point c'est que quand vous parlez du 30-1=29 je comprends pas le sens pur, le proton que vous soustrayé est toujours là et pas attribué au premier électron disposé autour du Noyau ! Si j'ai 1 ou 200 électrons à la meme distance du Noyau , chacun sera attiré de la même façon par les protons du Noyau ! En fait meme si le deuxième électron est plus loin il reste attiré car l'attraction est infinie !

Pour le dernier électron qui tournerait comme si il avait un seul proton , et a la meme distance , c'est encore à prouver je ne peux pas le savoir car je ne comprends pas votre raisonnement de soustraction successive plus on ajoute d'électrons

[phys4]

Avec des bases simples en électrostatique vous pouvez comprendre que si vous avez 30 charges positives à un endroit et 29 charges négatives autour, leurs champs à distance vont s'ajouter algébriquement.

Pour un observateur extérieur ( un électron supplémentaire) le champ résultant qu'il subit est celui d'une seule charge !
Cet effet se produit aussi à courte distance du noyau si les 29 charges négatives forment approximativement une sphère autour du noyau.

[Chmiman]

Pour donner une explication plus progressive :
tous les protons sont tassés en un noyau minuscule par rapport aux électrons, les charges positives agissent donc ensemble.

Le premier électron est attiré par toutes les charges, il se trouve donc fortement attiré (30 e⁺) et se trouve proche du noyau.
Le second électron est attiré par une charge de moins puisque le premier électron est plus proche que lui, il voit 30-1 charges
et ainsi de suite jusqu'au 30ème qui est attiré par une seule charge (30e⁺ - 29e^-), de ce fait cet électron se trouvera sur une orbite de taille similaire à celle qu'il aurait autour d'un proton unique.

En réalité c'est un peu plus compliqué car les électrons interagissent au moins par deux à la fois, mais je vous encourage à essayer de comprendre les lectures simples indiquées.

"De ce fait cet électron se trouvera à une orbite de taille similaire à celle qu'il aurait autour d'un proton unique ".

Pourquoi cela ? Je vois pas d'où cela sort

[coussin]

Je ne comprends pas pourquoi il choisit la première et pas la deuxième , surtout quand on nous rabâche que la nature est peu consommatrice d'énergie .

Tourner très vite près du noyau donne une énergie plus basse que tourner loin et moins vite. Parce que l'énergie d'interaction électrostatique est négative.

[Chmiman]

Pouvez vous me donner la raison pour laquelle un électron va plutôt choisir de tourner près du Noyau ou plutôt loin du Noyau , en fait , quesqui justifie sa position vis à vis du Noyau , des interactions particulières ?


J'ai repris vos explications à tête reposée je comprends mieux , cela dit , est ce possible d'avoir un Noyau contenant un proton , et d'avoir 30-40 électrons autour ? Ma question c'est est ce que un très petit nombre de protons peut accueillir un grand nombre d'électrons autour de lui ?

[coussin]

Pouvez vous me donner la raison pour laquelle un électron va plutôt choisir de tourner près du Noyau ou plutôt loin du Noyau , en fait , quesqui justifie sa position vis à vis du Noyau , des interactions particulières ?

Eh bien cet électron va vouloir diminuer son énergie au maximum et donc va chercher à aller le plus près possible du noyau.

J'ai repris vos explications à tête reposée je comprends mieux , cela dit , est ce possible d'avoir un Noyau contenant un proton , et d'avoir 30-40 électrons autour ? Ma question c'est est ce que un très petit nombre de protons peut accueillir un grand nombre d'électrons autour de lui ?

En théorie, oui c'est possible (rien ne l'empêche dans l'absolu). En pratique, ça n'arrive pas : les anions trop chargés ne sont pas stables et n'existent pas dans la Nature. Le plus simple des anions, H-, a deux électrons pour seulement 1 proton et est déjà à la limite de la stabilité avec, en tout et pour tout, 1 seul état (donc impossible de faire de la spectroscopie de cet anion ).

[Chmiman]

Eh bien si les électrons cherchent à consommer le moins d'energie , pourquoi existe il des couches ? Pourquoi certains électrons sont plus loin que d'autres du Noyau , pourquoi ils ne s'agglutinent pas tous près du Noyau apres tout , ma question est légitime je trouve

[coussin]

Eh bien si les électrons cherchent à consommer le moins d'energie , pourquoi existe il des couches ? Pourquoi certains électrons sont plus loin que d'autres du Noyau , pourquoi ils ne s'agglutinent pas tous près du Noyau apres tout , ma question est légitime je trouve

C'est comme ça. Les électrons sont ce qu'on appelle des fermions. En tant que tels, ils ne peuvent pas tous s'agglutiner au même endroit. Une fois que "la place est prise" proche du noyau, les autres électrons n'ont pas d'autre choix que de s'arranger en couches successives puisqu'ils ne peuvent pas s'agglutiner.