Vibration des atomes dans un solide

[hterrolle]

bonjour,

je relie le paul Arnaud " cours de chimie physique ".

La vibration des atomes emet dans l'infrarouge. Cette vibration peut être par analogie considereé comme la vibration dun ressort dont les deux extrémité serait le noyau atomique. Pour délier des atomes liés il faut donc fournir une certaines energie.

Donc cette deliaison entre atome peut être obtenue en apportant de l'energie au systéme (2 atomes liés). Si maintenant ont considére que se sont les electrons qui lient les deux atomes. pour qu'il y ait déliaison il faut que les electrons voient leur energie augmenter pour detruire aliaison ou que la repulsion des noyaux augmente.

J'arrive facilement a comprendre une augmentation energetique des electrons. Par contre je ne comprends pas par quel principe un apport d'energie pourrait augmenter la repulsion positive des noyaux ?
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[Coincoin]

Salut,
L'énergie n'augmente pas la répulsion. Met une bille au fond d'un bol. Si tu la pousses un peu, il va pouvoir bouger un peu au fond du bol, mais pas sortir. Maintenant, si tu la pousses très fort, elle va pouvoir aller beaucoup plus voir, voire sortir du bol. Mais tu n'as pas changé la pente du bol pour autant.

[hterrolle]

merci coincoin pour la reponse,

je vois bien que tu me parle de puit de potentiel. Sous une action mécanique je peut tres bien me representer le travail fourni. Par contre si ont parle d'energie sous forme d'EM, je n'y arrive pas.

Ont parle souvent de la relation photon electron (ionisation, effet photoelectrique et tant d'autre). Par contre lorsque le photon n'est pas asseé energetique pour interagir avec un electron que se passe t'il.

est qu'il agit avec le noyau et comment ?

[curieuxdenature]

bonjour Hterrolle

il passe à travers tout bonnement.
Sauf si leur nombre est assez important pour que l'électron en question n'ait pas le temps de se désexciter. S'il a besoin de E=hv pour bondir alors 2 * 1/2hv feront l'affaire.
Si pas, il fera comme le verre avec la lumière visible, ce qui n'empèche pas certain IR et/ou UV d'être absorbés.

Si l'énergie est vraiment beaucoup plus faible que les raies spectrales de l'ionisation, on tombe dans le détail des raies moléculaires, mais là, il faut des molécules, pas des atomes.
Une molécule sera étudiée comme un genre de baton rigide mais élastique qui relie 2 boules.
Il peut vibrer et se déformer à des fréquences plus faibles et le principe d'émission-absorption electromagnétique reste le même.

[A voir en vidéo sur Futura]

[hterrolle]

Re,

Oui mais c'est qui qui absorbe l'energie. Le baton c'est Quoi. L'energie de l'orbitale de liaison. Donc c'est les electrons de liaison qui vibre et fond vibrer l'atome dans son enssemble.

J'ai parfois l'impression que la logique n'est pas vraiment inclus dans la physique. ont constate ont quantifie ont modelise methamatiquement, Mais pour la logique, l'enchainement des causes et effets cest une autre paire de manche

C'est juste le sentiment de frustration qui me fait dire cela

[invitea774bcd7]

Le baton c'est Quoi

Une diatomique, je pense

Le règle empirique est qu'il y a à chaque fois un facteur 100 quand on regarde les fréquences significatives pour les niveaux électroniques/vibrationnels/rotationnels.
C'est la base de l'approximation Born-Oppenheimer…

[curieuxdenature]

Hrerrolle, le baton est là pour concrétiser une analogie avec ce qu'on appelle en mécanique : l'oscillateur harmonique.
La fréquence d'oscillation est fonction de la rigidité du ressort on dit coeffcient d'élasticité, de la masse moyenne des boules.
En atomistique, on a par exemple pour la molécule de dichlore les caractéristiques suivantes:
µ=2.905 10^-26 kg
k=559.72
E=2.52 eV
ce qui donne les vibrations harmoniques suivantes:

N = 0 ; -2,50543 eV ; L = 0,49486 µm ; dE = -0,03458 eV ; L = 35,85461 µm
N = 1 ; -2,43698 eV ; L = 0,50876 µm ; dE = -0,10303 eV ; L = 12,03402 µm
N = 2 ; -2,36948 eV ; L = 0,52325 µm ; dE = -0,17053 eV ; L = 7,27059 µm
N = 3 ; -2,30292 eV ; L = 0,53837 µm ; dE = -0,23709 eV ; L = 5,22962 µm
...
N = 68 ; -0,01049 eV ; L = 118,27896 µm ; dE = -2,52952 eV ; L = 0,49015 µm
N = 69 ; -0,0065 eV ; L = 190,79606 µm ; dE = -2,53351 eV ; L = 0,48938 µm
N = 70 ; -0,00347 eV ; L = 358,11164 µm ; dE = -2,53654 eV ; L = 0,4888 µm

voilà, ce sont tous les états quantiques des vibrations de la molécule de chlore et en très bon accord avec les spectres constatés expérimentalement.
Avec ça tu devrais te sentir un peu moins frustré et un peu plus confiant dans la MQ.

[hterrolle]

Merci curieuxdenature,

En fait j'avais compris pour l'oscillateur harmonique. D'ailleurs je commence a entrevoir la porté de la MQ. Cela me semble un excellent outils mathématique puisque tout le monde scientifique ne jure que par lui. Et franchement je n'est pas les competences pour esssayé de remettre un quelconque model mathématique en question.

Mais le problème de comprehension des mecanismes en jeux semble resté un mystère. Donc j'ai 2 noyau relié par 2 electron de liaison. C'est 2 electron de liaison son apparié, sur l'orbitale moleculaire (energie inferieur a l'orbitale du chlore a l'etat solitaire). Maintenant un petit photon infrarouge arrive. Vue sa taille (pinuts) il peut soit traverser la molecule ou être absorbe par elle.

pour qu'il y ais vibration ou autrement dis que le resoort se mette en mouvement. il faut bien qu'il soit absorbé et perturbe quelque chose. il y a donc 2 possibilité il perturbe:

1) 1 electron
2) 1 noyau

Pourtant j'essaie de faire un effort mais je m'arrive pas a sortir de ces 2 possiblités. La je pense que j'ai vraiment besoin d'aide pour sortir de se shéma.

[invitea774bcd7]

On tourne en rond : tu poses toujours les mêmes questions
Ça dépend de l'énergie de ton photon.
La rotation de ton Cl2 a des fréquences propres des ordres de grandeur plus petites que celles associées à la vibration de ton Cl2; elles-même des ordres de grandeur plus petites que celles associées à une excitation électronique.

Comprends-tu ce qu'est le nombre 559.72 dans le message de curieuxdenature ?

[hterrolle]

k c'est la constante du ressor pour les oscillations, deplacement en fonction de la masse ce qui donne la frequence et lamplitude dans le temps . Mais a par cela je ne sais toujours pas qui absorbe le photon ?

Pourtant le question est simple. Qui absorbe se photon ?

[philou21]

k c'est la constante du ressor pour les oscillations, deplacement en fonction de la masse ce qui donne la frequence et lamplitude dans le temps . Mais a par cela je ne sais toujours pas qui absorbe le photon ?

Pourtant le question est simple. Qui absorbe se photon ?

Le système entier ...

[invitea774bcd7]

k c'est la constante du ressor pour les oscillations, deplacement en fonction de la masse ce qui donne la frequence et lamplitude dans le temps . Mais a par cela je ne sais toujours pas qui absorbe le photon ?

Pourtant le question est simple. Qui absorbe se photon ?

OK.
Imagine que le photon que tu envoies sur ta molécule a une énergie inférieure à 559.72 cm-1. Où va aller cette énergie ?

[hterrolle]

alors la je suis carrement larguer. Mais je te rassure ont ne tourne pas en rond. bien au contraire. J'essaie avec mes petit neuronne de comprendre, appliquer c'est un peut plus facile dans le sens ou il suffit d'apprendre. Mais il n'y a pas d'avancer a apprendre et repéter. ( cette phrase et a prendre dans le sens ou pour trouver il faut chercher et parfois apprendre a dés-apprendre. Et surtout a ne pas hesité a poser des questions lorsque la logique semble difficille cerner)

D'un coté voir discission "Etats liés d'une particule dans un puits de potentiel " post 6 , "Le corps noir c'est de l'émission, pas de la réception"

Et la reception une EM inferieur a une transitions electronique (electron). Dans notre cas les vibrations sont les emmisions l'ont constate.

dans se cas il faut considerer que l'absorbtion et l'emision peuvent être differente. Se qui implique qu'une certaines quantité d'energie reste stoké dans le systeme. (je crois que je viens de comprendre)

[invitea774bcd7]

Donc j'ai 2 noyau relié par 2 electron de liaison. C'est 2 electron de liaison son apparié, sur l'orbitale moleculaire (energie inferieur a l'orbitale du chlore a l'etat solitaire). Maintenant un petit photon infrarouge arrive. Vue sa taille (pinuts) il peut soit traverser la molecule ou être absorbe par elle.

Je crois que c'est pour ça que tu te perds : tu penses qu'un photon c'est une petite bille qui se ballade ? Tu penses que pour qu'il soit absorbé, il faut qu'il tape pile sur un électron ou un noyau ?

Vois-le plutôt comme une onde. Quand le photon arrive, l'ensemble de la molécule est baignée dans son champ électromagnétique.

D'ailleurs, quelle taille crois-tu qu'un photon ait ?

[hterrolle]

salut guerom00,

j'ai souvent pensé a cette eventualité mais il me semblait que pour qu'il ait interaction il fallait obligatoirement qu'il y ait absorbtion du photon ou de l'onde. je n'est pas de problème a voir le photon comme une onde même si cela me pose le probleme du support physique de cette onde 'puisqu'il n'y a pas d'ether. M'enfin c'est un autre problème il me semble.

est ce que tu veux dire par là que si un electron d'hydrogene recois tres tres rapidement deux photon de 6.8 EV il y a de forte chance qu'il soit ionisé ?

[invitea774bcd7]

est ce que tu veux dire par là que si un electron d'hydrogene recois tres tres rapidement deux photon de 6.8 EV il y a de forte chance qu'il soit ionisé ?

Oui. C'est de l'absorption multiphoton. La probabilité que ça arrive est beaucoup plus faible que le fait d'absorber un seul photon de 13.6 eV mais c'est tout à fait possible.
Tu peux en fait aussi en absorber 3, 4, 5, etc… mais les probabilités que ces événements arrivent deviennent alors de plus en plus faibles.

[hterrolle]

Bonjour guerom00,

M'enfin la propabilité b'est pas nul du tout. d'ailleurs elle augmente avec la quantité de photon recus par la molecules.

Pour revenir a k. Je pense avoir compris comment vous modeliser l'atome. Un noyau entouré d'electron relié par des ressort.

est ce qu'un photon de 26.7 Ev pourrait dans une liaison H2. ioniser les 2 electrons. Je pense que la propabilité n'est pas null du tout si ont considere que c'est les systeme de liaison qui absorbe se photon.

Il y a un truc que j'aimerais bien savoir calculer. Comment calculer le deplacement de l'electron ou du noyau en fonction de la quantité d'energie absorber.

si j'envoie 0.1 Ev sur un systeme de dichlore. Que va t'il se passé.

Si c'est l'electron qui absorbe le deplecement devrait être proportionel a la masse de celui ci. De même si c'est la noyau qui absorbe se photon ?

[invitea774bcd7]

est ce qu'un photon de 26.7 Ev pourrait dans une liaison H2. ioniser les 2 electrons.

Non. L'énergie de double ionisation de H2 est bien plus haute que ça (52-53 eV à peu près…) À 26.7 eV, y a sûrement des états, non ?

Je parlais des probabilités d'absorption multiphoton. Pas de l'intensité du laser…
Et enfin : on ne modélise pas les électrons reliés aux noyaux par des ressorts. C'est toi qui veut faire ça.

[hterrolle]

je pensais que vous faisiez comme cele (ressort). Mais c'est vrai que j'aimerais bien modeliser comme cela. Cela me semble tres judicieux. Mais dans se cas le seul probleme qui persiste, c'est que dans se modele c'est la rotation du noyau qui entraine le tout. Se qui me choque encore un peut a vrai dire. Il faudrait permettre a se ressort de se deplacer sur la surface du noyau. Et la je bloque un peut a vrai dire.

et si au lieu du dichlore je parlais de dihydrogene. Cela representarait quoi comme energie pour ioniser les deux electrons.

merci d'avance.

[curieuxdenature]

je pensais que vous faisiez comme cele (ressort). Mais c'est vrai que j'aimerais bien modeliser comme cela. Cela me semble tres judicieux. Mais dans se cas le seul probleme qui persiste, c'est que dans se modele c'est la rotation du noyau qui entraine le tout. Se qui me choque encore un peut a vrai dire. Il faudrait permettre a se ressort de se deplacer sur la surface du noyau. Et la je bloque un peut a vrai dire.

et si au lieu du dichlore je parlais de dihydrogene. Cela representarait quoi comme energie pour ioniser les deux electrons.

merci d'avance.

Dans le modèle de l'oscillateur harmonique, c'est bien la masse des 2 atomes qui est en jeu, plus exactement le produit des 2 masses divisé par leur somme.
Il ne faut pas limiter la représentation à une rotation, cela peut être une élongation-contraction de la liaison moléculaire, dans le cas d'une molécule triple on a toutes sortes de possibilités qui viennent compliquer le modèle.
- des danses qui ressemblent à des java, où le centre reste immobile, les 2 aux extrémités qui s'éloignent et se rapprochent ensemble, en cadence.
Les extrémités dont l'une s'éloigne pendant que l'autre se rapproche.
Ensuite il y a les danses transversales, etc...

Au lieu du Chlore, bein ça ne va pas changer grand chose mais je dois préciser qu'il ne s'agit pas d'énergie d'ionisation mais de dissociation de la molécule !
Un peu comme un son trop intense est capable de briser un verre, l'énergie en jeu n'a aucun rapport avec l'énergie pour le fondre, par exemple.

Sinon, par curiosité, voilà:

k = 569,8228 J/m^2
Vibrations de la Molécule de H-H
h.w = 4401 cm^-1 = 2,272 µm
omega = 828573226265882
µ = 8,3E-28 kg
dEo = 0,545 eV
N = 0 ; -4,74088 eV ; L = 0,26152 µm ; dE = -0,26913 eV ; L = 4,60693 µm
N = 1 ; -4,22492 eV ; L = 0,29345 µm ; dE = -0,78509 eV ; L = 1,57924 µm
N = 2 ; -3,73867 eV ; L = 0,33162 µm ; dE = -1,27134 eV ; L = 0,97523 µm
N = 3 ; -3,28214 eV ; L = 0,37775 µm ; dE = -1,72787 eV ; L = 0,71756 µm
N = 4 ; -2,85533 eV ; L = 0,43422 µm ; dE = -2,15468 eV ; L = 0,57542 µm
N = 5 ; -2,45824 eV ; L = 0,50436 µm ; dE = -2,55177 eV ; L = 0,48588 µm
...
N = 14 ; -0,22167 eV ; L = 5,59337 µm ; dE = -4,78834 eV ; L = 0,25893 µm
N = 15 ; -0,12175 eV ; L = 10,18422 µm ; dE = -4,88826 eV ; L = 0,25364 µm
N = 16 ; -0,05154 eV ; L = 24,05712 µm ; dE = -4,95847 eV ; L = 0,25005 µm
N = 17 ; -0,01106 eV ; L = 112,19539 µm ; dE = -4,99895 eV ; L = 0,24803 µm

chaque niveau correspond à ce schéma, où on compare les niveaux d'énergies calculées avec les niveaux mesurés :

[hterrolle]

pardon curieuxdenature,

serait il possible d'avoir la methode de calcul qui va avec les données. Merci.

c'est idée de dance c'est pas mal. Mais d'apres se que j'en comprends. il y a quand même une certaine harmonie dans les mouvements.

c'est mouvement ne change en rien la composition des molecule donc dans un reseau regulier. C'est a dire que les liaison entre atome subsistent. J'ai vue une simulation sur wikipedia de ces mouvement.

Mais comme les deplacements sont faibles ont suposent que se sont les atomes dans leurs enssembles qui bougent. En fait pour une liaison il y aurait 2 ressort. Chaque etant independant. Le mouvement des atome pourrait donc n'être que la force de recul qui permet a la liaison de tenir. Je ne sais pas si je suis assez clair la dessus.

PS: Je n'ais pas pu visualiser l'image ?

[invitea774bcd7]

PS: Je n'ais pas pu visualiser l'image ?

Elle est « en attente de validation » C'est marqué

[curieuxdenature]

Salut Htterrolle

je vais voir ça pour les calculs, je dois tirer ça de mon programme et je te donne ça dès que je peux.

a+

[invitea774bcd7]

Je ne sais pas quelle méthode utilise curieuxdenature mais voilà la méthode que j'utilise :
Tu as donc le potentiel de H2 en fonction de la distance inter-nucléaire .

Tu dois résoudre l'équation différentielle où les et sont respectivement les fonction propres de vibration et les énergies propres.

Pour ça, j'utilise en fait mon programme qui me calcule les fonctions de Coulomb (la seule différence étant que dans le cas du problème Coulombien.) J'utilise le formalisme phase-amplitude de Milne (n tout petit peu modifié…). J'écris les fonctions sous la forme et je résous numériquement l'équation différentielle satisfaite par sur une grille d'énergies . À chaque énergie, je calcule la phase accumulée .

J'étudie finalement la fonction car les niveaux d'énergies sont aux positions où .

C'est pas la méthode la plus simple, c'est juste que j'avais déjà codé les fonctions de Coulomb; le code était donc « déjà là »
Une méthode très efficace pour résoudre les états liés dans un potentiel à une dimension c'est la DVR

[hterrolle]

Bonjour curieuxdenature et guerom00,

Je suis heureux d'apprendre que je ne dis pas que des betises

En fait en reflechissant un peut il serait même possible de representer toutes les relation inter atomique par des ressort ou elastique(au choix). Que ce soit pour modeliser la relation :

1) neutron-proton
2) quarks a l'interieur (neutron proton)
3) les electrons de l'atome (relation au moyau comme aux autre electrons d'un même atome)
4) atome lié

pour les electrons le ressort au repos devrait être egale au niveau d'energie d'ionisation le plus bas de chaque couche. Ont peut voir le ressort aussi comme un champ electrique reliant les deux particules.
Si ont considere maintenant que tous ces ressort represente l'energie de liaison. Il suffit de definir qu'elle ressort va absorber l'energie transmise au systeme. Si qui peut être interessant c'est que la longeur du ressort peut permettre de pouvoir gerer les repulsion entre electrons.

Mais cela ne me semble pas si facile que cela. Je vais tenter un algo de collision multi elements. Pas facile.

PS: desolé guerom00, mes competence mathématique ne sont pas encore sufisante pour te suivre (equation diff c'est encore la galere pour moi). Il me faudrait des cours particulier

[curieuxdenature]

Bonjour Hterrolle

bon, cette fois ça marche ce matin (de bonne heure) y avait pas moyen de gerer les pièces jointes...

C'est moins technique que le post de guerom00, j'ai juste appliqué la formule de Morse. Comme je programme en Visual Basic, je me vois mal résoudre des intégrales ou des différentielles, c'est tout juste si on arrive aux équations du 2eme degré.

Sinon, si quelqu'un s'y interresse je mettrais en pièce jointe le bout de programme en VB6, à tout hasard. C'est assez simple avec une boucle for-next où je limite à n=100. Il faut aussi disposer des datas de quelques molécules connues, là c'est moins simple à dénicher.

Voilà, je n'avais pas envie de me taper du Latex donc j'ai causé avec mon stylo.

[mach3]

Oui. C'est de l'absorption multiphoton. La probabilité que ça arrive est beaucoup plus faible que le fait d'absorber un seul photon de 13.6 eV mais c'est tout à fait possible.
Tu peux en fait aussi en absorber 3, 4, 5, etc… mais les probabilités que ces événements arrivent deviennent alors de plus en plus faibles.

salut guerom. Je n'avais jamais entendu parler de ce phénomène d'absorption multiphoton. En y réfléchissant il me pose un problème du point de vue reversibilité du processus. Si il y a une probabilité non nulle qu'un électron absorbe deux photons en même temps pour faire sa transition (de façon à ce que la somme des énergie des deux photons soit égale à l'énergie de transition évidemment), alors il y a une probabilité pour qu'un électron se désexcite en émettant 2 photons. A-t-on déjà observée une telle émission? (de même si il en émet 3, 4, 5etc...)

Ou alors peut-être que c'est parce qu'il effectue sa transition en plusieurs petites transitions, mais dans ce cas on a pas le droit à n'importe quelles énergie de photons, il faut que ce soit exactement les énergies de chaque petite transition.

m@ch3

[invitea774bcd7]

alors il y a une probabilité pour qu'un électron se désexcite en émettant 2 photons.

Non pourquoi ?
Faudrait un pro de la théorie de l'émission spontanée… Je ne sais pas si c'est possible mais je n'en ai jamais entendu parler. C'est peut-être impossible pour une raison très fondamentale (genre : une règle de sélection… Je ne sais pas)
Car bien entendu, les règles de sélection sont différentes avec l'absorption multiphoton. Par exemple, avec une transition à 2 photons, on va d'un état s vers un s ou un d
Un petit lien du lkb un peu sur ce sujet --> http://www.lkb.ens.fr/Metrologie-de-l-atome-d-hydrogene

[mach3]

Disons que ce qui me souci, c'est que les lois physiques sont censées être invariantes par symétrie temporelle.

Si on peut mettre -t au lieu de t dans les formules, alors les phénomènes microscopiques sont tous réversibles (en gros si on passe le film à l'envers rien ne choque). Or la, si on passe le film de l'absorption multiphoton à l'envers, on a un petit problème... Si il n'existe pas d'émission multiphoton, on a un cas flagrant de violation de symétrie, ça aurait du en embêter plus d'un si c'était le cas non?? (expérimentalement je crois qu'on ne connais qu'une seule violation de symétrie CPT, la désintégration d'un kaon ou un truc comme ça)

m@ch3

[invitea774bcd7]

Faut se calmer avec la symétrie d'inversion de temps Il existe bel et bien des phénomènes dits irréversibles

La symétrie d'inversion de temps, c'est plutôt l'inversion des spins en fait