Modèle quantique de l'atome d'hydrogéne

[invited37f19c0]

Bonjours amis chimistes

J'ai quelques questions concernant l'introduction à mon cours du modèle quantique de l'atome d'hydrogène.

Premièrement, l'énergie d'un photon est elle quantifié ? (dans le cas général et dans le cas présent, c-a-d lorsque mon atome absorbe ou émet le photon)
J'aurais tendance à penser que non, dans ce cas, le fait que les niveaux d'énergies de mon atome soient quantifiés serait dû seulement à l'atome ?
Comment peut-on calculer (ou mesurer) l'énergie du photon ?
Mon cours me dit que lorsque l'on excite l'atome, on libère un électron et un photon. L'électron ne pouvant posséder d'énergie cinétique (toujours d'après le cours) l'éventuel excédant d'énergie est transmit au photon sous la forme d'énergie cinétique. J'ai vu dans mes précédentes années que l'énergie cinétique se calculais à partir de la formule E=(1/2)mv² , or, dans la littérature je voie que le photon ne possède pas de masse... Pourriez vous m'éclairer sur ce point ?

Deuxièmement : le spectre de l'hydrogène possède t-il seulement 5 séries ?
Je n'ai pas saisi les notions de continuité du spectre. Mon cours me dit que lorsque le spectre d'absorption de l'atome devient continu cela correspond à l'ionisation du dixit atome. Or, j'ai également noté que le spectre possédait plusieurs zones de continuité (une par série), cela veux donc dire que l'atome d'hydrogène possède plusieurs états d'ionisation ??

Enfin, on me dis que la relation de Ritz est applicable à tout les hydrogénoïde à une constante prés :
1/lambda=Rh((1/n²)-(1/p²))
n et p étant les niveaux d'énergie de l'atome
Rh étant la constante de Rydberg qui selon mon cours doit être adapté pour chacun des hydrogénoïdes . Pourquoi et comment l'obtenir pour les autres hyrdogénoïdes ??
Cette relation est elle applicable aux autres atomes ?

Merci d'avance pour l'attention que vous porterez à mes questions.

Gwendal
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[invite9976ce93]

Bonjour,

Dans un premier temps je tiens à signaler que mes cours son loin aussi je vais essayer de répondre à tes questions mais ma réponse n'est pas une valeur sure dans son intégralité.

L'énergie d'un photon est quantifié par sa longueur d'onde un photon gamma est plus énergétique qu'un photon IR.

Les niveaux d'énergie qui sont quantifiés pour ton atome correspondent à l'éloignement de l'électron du noyau produit par l'éxcitation de l'électron qui lorsqu'il revient à son état fondamentale émet un photon pour "expulser l'energie qu'il avait recut

Voila pour le premier point.

Dans mon souvenir on parle de série pour l'ensemble des raies caractéristiques des etats d'éxitation d'un noyau (une raie correspond à une longueur d'onde et donc a un état d'éxcitation)
Pour l'hydrogène ca ne me parrait pas abéhrant qu'il n'y est que 5 état d'exitation avant l'ionisation qui correspond à la perte de l'électron pour le noyau celui-ci ayant recut plus d'énergie que celle qui le reliait au noyau.

Pour obtenir un hydrogénoïde il suffit de retirer tous les électrons sauf un à un élément par exemple enlever un électrron à un noyau d'hélium.

J'espère ne pas avoir dit trop de bétise et t'avoir éclairé

[moco]

La contribution de Flagg apporte plus de trouble que de clarté dans les questions posées par GLF. Il ferait mieux de se taire.

Flagg mélange gaiement les photons gamma et les photons IR, ce qui n'a rien à voir ici. GLF ne parle que de transitions électroniques. Les photons IR, dont parle Flagg, sont dus à des transitions vibrationnelles des molécules, donc n'existent pas dans l'atome H. Les photons gamma sont dus à des transitions du noyau, donc sans rapport avec les électrons de l'atome H.

Ceci dit, venons-en aux questions de GLF.

Quand on considère un atome H ordinaire, son seul électron se trouve sur la couche no.1, la plus proche du noyau. On peut lui fournir de l'énergie, de manière à envoyer cet électron sur la couche numéro 2, puis 3, puis 4, 5, 6, 7, etc. Pour l'envoyer sur la couche no.2, il faut lui fournir 0.98 MJ/mol. Pour l'envoyer sur la couche no.3, il faut 1.16 MJ/mol. Pour la couche no.4, il faut 1.23 MJ/mol. Pour arriver sur les couches no. 5,6, etc. Il faut des énergies qui se rapprochent de plus en plus de la limite de 1.31 MJ/mol. Mais si on lui fournit 1,31 MJ/mol, l'électron est arraché. Tu peux vérifier toi-même que ces énergies peuvent se trouver en faisant les calculs suivants :
(1- 1/4)1.31 = 0.98
(1 - 1/9)1.31 = 1.16
(1 - 1/16)1.31 = 1.23
Si on fournit à l'atome H, des énergies de 0.98, 1.16 MJ/mol, etc., il peut les capter et faire passer son électron sur une orbite extérieure. Si on lui fournit 0.5 ou 0.8 MJ/mol, il ne peut pas absorber cette énergie. Mais si on lui donne plus de 1.31 MJ/mol, l'atome accepte n'importe quelle valeur. Cela lui permet d'éjecter son électron,et même de lui fournir l'excès (ce qui dépasse 1.31) sous forme d'énergie cinétique. L'excès forme ce que tu appelle le continu.

Un électron poussé sur une orbite éloignée est dit excité. Il n'y reste pas longtemps. Au bout de moins d'une seconde, il revient sur son niveau initial, en libérant la même énergie que l'atome avait reçu, donc 0.96, 1.16, etc. MJ/mol, sous forme d'un photon. Cela forme une série de raies, qui tendent vers le maximum de 1.31 MJ/mol.

Mais il arrive parfois d'autres événements en route. Au lieu que l'électron revienne directement sur l'état no.1, il peut le faire en cascade, en revenant par exemple d'abord sur l'état no.2, avant de redescendre sur le no.1. Mais dans ce cas, il réémet un photon d'énergie 1.16 - 0.98 = 0.18, ou 1.23 - 0.98 = 0.25, etc. jusqu'à 1.31 - 0.98 = 0.33. Toutes ces transitions correspondent à une 2ème série de raies, avec des électrons qui tombent d'une couche lointaine vers la couche no.2. Cela forme la 2ème série de raies.

Il y a d'autres séries de raies, correspondant à une transition d'un niveau très élevé vers la 3ème couche, ou vers la 4ème couche.

Tu suis ?

Je continue sur demande. Mais je fatigue, là...

[invited37f19c0]

Merci moco pour cette réponse.

Si je comprend bien, les différentes "continuitées" visibles sur le spectre sont dûs au fait que l'atome n'est pas toujours dans son état fondamental avant l'excitation ??
De son état fondamental n=1 à son état ionisé, il rayonneras dans l'UV, de son état n=2 à son état ionisé, dans le visible, et ainsi de suite ?

J'ai trouvé la solution à mon problème concernant la relation de Ritz.

Concernant l'énergie cinétique, tu me dis moco que c'est l'électron qui part avec l'excédant d'énergie. Il y aurais donc une erreur d'interprétation de ma part lorsque je disais tout à l'heure que l'électron ne pouvais posséder d'énergie cinétique ? Qu'en est-il du photon ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[moco]

L'électron a une énergie cinétique, qui vaut 1/2 mv².
Le photon a une énergie, dont on ne peut pas dire si elle est cinétique ou pas, puisqu'il n'a pas de masse. Là n'est pas l'important. Le photon a une énergie, c'est tout ce qui importe.

[invited37f19c0]

Merci beaucoup pour ces explications claires et rapides

Gwendal