Modèle atomique de Bohr

[Seirios]

Bonjour à tous,

J'ai récemment lu une remarque d'un auteur d'un livre de mécanique quantique sur le modèle atomique de Bohr, où celui-ci disais textuellement que ce modèle était "complètement faux". Je savais effectivement que le modèle était dépassé, mais delà à dire "complètement faux"...

Mais finalement, je me suis rendu compte que je comprenais un nombre assez important de phénomène atomique, via le modèle de Bohr, tels que le principe de la spectrométrie, de la chimie, etc., certainement à cause de l'enseignement de ce modèle au lycée.

J'aimerais par conséquent savoir dans quelles mesures le modèle atomique de Bohr serait faux.

Je pense que les niveaux d'énergie sont conservés, bien que les couches électroniques définies doivent être, elles, supprimées, mais cela ne va pas beaucoup plus loin, et je suppose que l'auteur n'a pas fait cette remarque sans raison...

Quelqu'un pourrait-il m'éclairer ?

Merci d'avance
Phys2
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[Deedee81]

Salut,

J'aimerais par conséquent savoir dans quelles mesures le modèle atomique de Bohr serait faux.

Effectivement, il est peut être abusif de dire "complètement faux". Oui, il est faux vis à vis de la physique quantique, mais il marche bien dans un domaine certe étroit mais qui a eut une grande importance historique. Il est aussi, comme tu le signales, très intuitif et souvent utile pour représenter qualitativement certains aspects.

Après-tout on pourrait faire ce genre de remarque à propos de la gravité newtonienne versus la relativité générale. Mais personne ne dit "la gravité newtonienne est complètement fausse". Et Elle se justifie comme une certaine approximation de la RG. Idem pour Bohr.

Son principal défaut est de mélanger sans justification et de manière fort arbitraire des concepts classiques : trajectoire des électrons, énergie des électrons calculée à l'aide de l'électrostatique classique... et des concepts quantiques : seules certaines trajectoires sont autorisée, pas d'émission d'ondes EM par un électron en orbite, émission d'un photon lors d'un changement d'orbite.

Ca marche bien pour l'hydrogène, pour ses niveaux de base. Après ça se complique (on peut améliorer en incluant la relativité, le spin, des trajectoires elliptiques, une condition de quantification basée sur le moment angulaire) avec le moment orbital et les niveaux fins et hyper fins du spectre.

Il est impossible ou très difficile de justifier l'intensité des raies. La polarisation et la direction des ondes EM émises lors des transitions. L'effet Zeeman et (pire) l'effet Stark. Dans l'effet Zeeman, on arrive à expliquer avec les améliorations (orbites elliptiques) mais on obtient une différence incompréhensible (un 1/2 ajouté au nombre quantique orbital).

Et la théorie est inapplicable avec deux électrons.

Donc, elle est très limitée. Mais de là à dire totalement fausse.... Mon prof de pchimie physique aussi avait dit ça. Mais c'était, amha, un simple effet d'annonçe. Un peu pour annoncer combien la MQ est très différente et va beaucoup plus loin.

J'avais un prof de math qui aimait bien faire ça aussi. Il nous tapait une longue démonstration et arrivait à la fin en disant : "Vous avez compris ?". Grand ouiii dans la classe. Et il ajoutait : "Non, vous n'avez pas compris. Le théorème est effectivement vrai, mais la démonstration est fausse. Trouvez pourquoi." Pffff....

[LPFR]

Bonjour.
Je vais être un peu plus méchant que Deedee.
Je dirais que si le modèle de Bohr est enseigné est parce qu'il est le seul qui permette de faire calculer des choses à des étudiants avec très peu de bases.

Et on se garde le plus souvent (ou toujours?) de mentionner ce que Deedee a bien dit: qu'il ne marche que pour l'hydrogène et encore!

Mais c'est de loin le plus charmant avec le petit système solaire et ses planètes.

Si le modèle de Bohr est mort jeune (il est né en 1910 et mort en 1926) on peut crier "cocorico" puisque c'est la thèse (très théorique) d'un français (de Broglie) qui a introduit le modèle ondulatoire de l'électron dans l'atome.

Au revoir.

[Deedee81]

Salut,

Je vais être un peu plus méchant que Deedee.
Je dirais que si le modèle de Bohr est enseigné est parce qu'il est le seul qui permette de faire calculer des choses à des étudiants avec très peu de bases.

Je ne trouve pas ça méchant du tout. Après tout, faut bien commencer par quelque chose et si possible d'assez simple.

Et on se garde le plus souvent (ou toujours?) de mentionner ce que Deedee a bien dit: qu'il ne marche que pour l'hydrogène et encore!

Tu es vraiment sérieux ? Dans mon cours de chimie-physique c'était en tout cas bien mentionné.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite0e4ceef6]

et finalement la notion d'électron est-ce que ce machin tourne toujours autours du noyau? après tout le fait que l'on est un truc qui tourne ou orbite n'a de sens qu'a travers de modèle planéto-orbital de rutheford-bohr..

mais comme il parrait que l'electron "petite bille" n'a pas grand sens, le coté la petite bille qui tourne, trouve-t-elle encore une justification??

[LPFR]

Bonjour Deedee,

Je ne trouve pas ça méchant du tout. Après tout, faut bien commencer par quelque chose et si possible d'assez simple.

L'enseignement du modèle de Bohr me rappelle la blague du type qui, la nuit, voit un ivrogne chercher les clés de sa maison sous un lampadaire. Il l'aide, et comme il ne les trouve pas, finit par lui demander si c'est bien sous le lampadaire qu'il les a perdues. L'ivrogne lui répond que non, que c'est de l'autre côté de la rue, mais que là bas il n'a pas de lumière et on ne voit rien.

Je crains que si la théorie du phlogistique permettait d'aligner des équations, on continuerait de l'enseigner.

Tu es vraiment sérieux ? Dans mon cours de chimie-physique c'était en tout cas bien mentionné.

Eh oui, je pense qu'on ne le dit pas souvent. Attendons d'autres témoignages.

Cordialement,

LPFR

[Deedee81]

Salut,

et finalement la notion d'électron est-ce que ce machin tourne toujours autours du noyau? après tout le fait que l'on est un truc qui tourne ou orbite n'a de sens qu'a travers de modèle planéto-orbital de rutheford-bohr..

Il est autour de l'atome. Il possède un moment angulaire. Mais parler de "rotation" (sous entendu modèle planétaire) est en effet abusif.

On peut voir le modèle planétaire comme une grossière approximation de certains aspects de l'électron dans un atome.

mais comme il parrait que l'electron "petite bille" n'a pas grand sens, le coté la petite bille qui tourne, trouve-t-elle encore une justification??

Pas vraiment.

Même si un électron manifeste un caractère corpusculaire dans certaines circonstances, si on peut définir une taille (ou plutôt des tailles, rayon électromagnétique, sections efficaces) et si dans certaines approximations il peut avoir une trajectoire quasiment classique (trajectoire d'un électron dans une chambre à brouillard, par exemple).

Question : si on peut avoir une trajectoire pour un électron dans une chambre à brouillard, comment se fait-il qu'il ne peut en avoir une autour de l'atome ? Réponse : principe d'indétermination. Autour de l'atome, il y a moins de place que dans une chambre à brouillard poisition précide => vitesse imprécise. On calcule qu'un petit paquet de fonction d'onde électronique se disperse autour de l'atome presque immédiatement et si on essaie d'avoir un très petit paquet (une trajectoire bien nette), l'électron est immédiatement éjecté de l'atome.

[LPFR]

Re.
Je pourrais ajouter qu'on peut se faire une image mentale de l'électron comme un petit nuage aux bords flous.
Les dimensions de ce nuage flou dépendent de l'énergie de l'électron. Pour les énergies des électrons dans des atomes ces dimensions sont précisément des dimensions atomiques (environ 0,1 nm).
Quand on voit le nuage de loin, on le voit comme une petite bille, mais vu de près il est flou.
Cette image réconcilie la précision de la trajectoire dans une chambre à brouillard, le caractère corpusculaire dans certaines manips, et le caractère ondulatoire dans d'autres.
A+

[invite0e4ceef6]

Salut,



Il est autour de l'atome. Il possède un moment angulaire. Mais parler de "rotation" (sous entendu modèle planétaire) est en effet abusif.

On peut voir le modèle planétaire comme une grossière approximation de certains aspects de l'électron dans un atome.



Pas vraiment.

Même si un électron manifeste un caractère corpusculaire dans certaines circonstances, si on peut définir une taille (ou plutôt des tailles, rayon électromagnétique, sections efficaces) et si dans certaines approximations il peut avoir une trajectoire quasiment classique (trajectoire d'un électron dans une chambre à brouillard, par exemple).

Question : si on peut avoir une trajectoire pour un électron dans une chambre à brouillard, comment se fait-il qu'il ne peut en avoir une autour de l'atome ? Réponse : principe d'indétermination. Autour de l'atome, il y a moins de place que dans une chambre à brouillard poisition précide => vitesse imprécise. On calcule qu'un petit paquet de fonction d'onde électronique se disperse autour de l'atome presque immédiatement et si on essaie d'avoir un très petit paquet (une trajectoire bien nette), l'électron est immédiatement éjecté de l'atome.

diable, mais comment justifier alors les équations de la quantique qui présupose précisément le mouvement de l'electron??

perso, j'en reste a l'idée qu'il n'y a que des orbitales et que chaque orbitale possède une quantité d'energie disponible a son niveau ou a sa distance du noyau, et que l'electron n'est que le nom de ces quantas nécéssaire au noyau dans sa stabilité, (neutron = proton + 1posi +1elec)

parceque le reste, historiquement, semble bien être la démonstration de la recherche du mouvement de l'electron-bille autours du noyau, si celui-ci ni son mouvement existe, alors les equations effectivemet ne démontre pas grand choses, ormis qu'il est possible avec des outils mathématique complexe de démontrer comme en philosophie a la fois tout et son inverse.

(c'e n'est que mon opinion, vass'en dire), et je ne dis pas que dans le parradigme a partir desquelles ces equations ont été trouvé celle-ci soit parfaitement valide et opérante.

A+

[LPFR]

diable, mais comment justifier alors les équations de la quantique qui présupose précisément le mouvement de l'electron??

Re.
Non. Précisément. La mécanique quantique ne fait par tourner l'électron autour du noyau.
L'orbital est un de ces petit nuages dont je parlais. Il est autour du noyau, il ne tourne pas mais il a un moment angulaire. C'est désagréable pour l'intuition, mais c'est comme ça.
A+

[Micki2a]

Je trouve cette discution passionnante, en fait j'ai hate de savoir tout ça xD.
Mais je n'ai que le niveau d'un lycée (qui passe en 1ère) qui s'interesse. Je pense que toutes ses études c'est dans le supérieur. Le modèle qu'on étudie est celui de Bohr, mais pourquoi on nous apprend qu'un électron tourne autour, si en fait ce n'est une explication bizarre.
J'entends depuis tout petit, Mécanique Quantique... J'essai de m'interessé, depuis peu, j'ai regardé sur wikipédia, mais c'est assez flou. Avez-vous une explication assez simple?

[invite0e4ceef6]

je t'avoue volontier que depuis 4ans que je suis sur FSG, c'est la première fois qu'on me pose les choses ainsi. donc précisément la quantique ne fait pas tourner l'eletron, mais l'on continue a avoir des problème pour déterminer ou la vitesse de celui-ci ou sa position, et bien pour un objet qui ne bouge pas, rechercher tant sa position et surtout sa vitesse, comment dire

[Micki2a]

Donc c'est la Quantique qui ne fait pas tourné les électrons....
Sur quoi ce base la quantique? Que des théories?
Et c'est quoi la Quantique? Une branche de la physique rempli et Théorie qui contredit?

[Micki2a]

Désolé de faire un double post.

J'ai mal lu sur Wikipédia, donc à ce que j'ai lu:
La mécanique Quantique est en fait concentré sur l'infiniment petit. Et c'est une grosse parties de la physique quantique qui est de la physique théorique... A peu près.
Si vous avez des choses simples à me dire dessus, je suis OPEN comme on dit.

[LPFR]

Re.

...Le modèle qu'on étudie est celui de Bohr, mais pourquoi on nous apprend qu'un électron tourne autour, si en fait ce n'est une explication bizarre.
J'entends depuis tout petit, Mécanique Quantique... Avez-vous une explication assez simple?

Question: vous a-t-on dit que le modèle de Bohr ne fonctionne bien que pour l'hydrogène?

Et non, il n'y a pas d'explication simple pour la mécanique quantique. Elle est contraire à l'intuition car dans notre monde sensible les grandeurs ne sont pas quantifiées. Elle est même souvent carrément choquante. Par exemple quand on vous dit qu'un électron ou un photon peuvent se comporter simultanement comme des ondes et comme des particules.

Donc c'est la Quantique qui ne fait pas tourné les électrons....
Sur quoi ce base la quantique? Que des théories?
Et c'est quoi la Quantique? Une branche de la physique rempli et Théorie qui contredit?

La mécanique quantique est née pour expliquer des phénomènes que la physique "classique" ne pouvait pas expliquer.

La première fois que la mécanique quantique a triomphé, c'était quand Planck a étudié les distributions d'énergie qu'il faudrait avoir pour expliquer le rayonnement du corps noir. Et il a trouvé (par essai et erreur) qu'il fallait une distribution en nivaux d'énergie discrets. Les modèles théoriques apparurent plus tard pour expliquer les résultats.
D'un autre côté, il avait les spectres d'émission des atomes, qui étaient formés par des raies discrètes. Ceci a donné lieu au modèle de Bohr qui expliquait très bien l'hydrogène. Mais à condition de quantifier un certain nombre de choses et de "abolir" le rayonnement que l'électromagnétisme prévoit pour un électron accéléré, comme celui qui tourne autour d'un noyau.
Plus tard on découvrit, expérimentalement (et par accident) que l'électron avait un comportement ondulatoire, comme l'avait postulé Louis de Broglie dans son modèle d'atome avec des électrons à comportement ondulatoire.

Désolé de faire un double post.

J'ai mal lu sur Wikipédia, donc à ce que j'ai lu:
La mécanique Quantique est en fait concentré sur l'infiniment petit. Et c'est une grosse parties de la physique quantique qui est de la physique théorique... A peu près.
Si vous avez des choses simples à me dire dessus, je suis OPEN comme on dit.

Oui, la mécanique quantique a beaucoup de parties théoriques, mais elle sert à expliquer des phénomènes observés. Ces phénomènes sont bizarres et contre-intuitifs et la théorie qui les explique est aussi bizarre et contre-intuitive. Cela n'empêche qu'elle fonctionne assez bien, qu'elle a prédit des choses et c'est un bon examen de passage pour une théorie.

A+

[Seirios]

La mécanique Quantique est en fait concentré sur l'infiniment petit.

En réalité, la physique quantique n'est pas vraiment la physique de l'infiniment petit, mais elle est bien plus large. On peut ainsi retrouver les lois classiques à partir de la théorie quantique, en faisant tendre la constante de Planck vers zéro dans les équations.

Eh oui, je pense qu'on ne le dit pas souvent. Attendons d'autres témoignages.

Personnellement, la première fois que j'ai entendu parlé de modèle de Bohr en cours était durant la troisième. Notre professeur nous avait distribué un joli photocopié avec les différents modèles ; le modèle de Thomson, le modèle de Rutherford, le modèle de Bohr, puis il avait rajouté à autre modèle de 1927, où il précisait que dans ce modèle, les électrons perdaient leur localité. Mais il ne s'est pas trop étendu sur le sujet, et je ne pense pas que d'autres professeurs l'ai fait (notre prof était assez particulier, avec un peu de recul, je pense qu'il nous en a dit un peu plus que ce qui était au programme). Ensuite, on a réutilisé le modèle de Bohr dans les deux années de seconde et de première bien sûr, principalement pour la chimie, mais il n'a été fait aucune mention d'une quelconque limitation du modèle de Bohr. Pire encore, les professeurs nous donnaient vraiment la vision de l'atome comme un boule compact au centre avec des petits billes en "gravitation" autour...


Sinon, la notion de couches électroniques du modèle de Bohr explique théoriquement le spectre d'un élément (avec des raies d'absorption, etc., même s'il ne pouvait pas prédire où elles se situeraient) de manière 'assez satisfaisante' (je veux dire que l'on voit l'origine du spectre dans la structure électronique), mais qu'en est-il selon la mécanique quantique ? Est-ce les niveaux d'énergie qui permettent une explication théorique analogue ?

[Seirios]

J'essai de m'interessé, depuis peu, j'ai regardé sur wikipédia, mais c'est assez flou. Avez-vous une explication assez simple?

Malheureusement, comme le mentionne LFPR, il n'existe pas d'explication simple de la mécanique quantique, et c'est peut-être même ce qui en fait, d'une certaine manière, l'attrait. Il s'agit d'un domaine contre-intuitif, d'où la difficulté d'en comprendre réellement les principes. Si tu veux réellement t'y intéresser, je te conseillerais davantage un bon livre de vulgarisation sur le sujet (comme Le chat de Schrödinger, physique quantique et réalité, que je trouve bien fait).

[Deedee81]

Bonjour,

Malheureusement, comme le mentionne LFPR, il n'existe pas d'explication simple de la mécanique quantique, et c'est peut-être même ce qui en fait, d'une certaine manière, l'attrait.

Je suis tout à fait d'accord.

D'ailleurs, même au niveau mathématique ça se voit.

En physique classique, on écrit des équations comme v = v0 + at (par exemple) où les variables vitesse v et v0, accélération a et temps t, correspondent à des choses que l'on peut appréhender dans la vie de tous les jours. La correspondance entre objets mathématiques et quantités physiques est simple.

Alors qu'en MQ !!!! On dit : "l'état d'un système est un vecteur dans un espace de Hilbert et les variables mesurables sont des opérateurs hermitiques". Et avec ça on est cras ! Quelle est le lien avec la physique ? A travers (entre autre) les vecteurs propre, le carré de la norme et les probabilités de mesure. Donc le lien existe. Oui, mais, à quoi correspond physiquement ce foutu vecteur d'état ? (ou ce qui revient au même, la fonction d'onde). Et ces opérateurs ? C'est tout le débat d'interprétation/compréhension de la MQ, qui a énormément progressé ces dernières decennies mais qui est loin d'être clôt.

Et oui, c'est passionant.

Sans compter les prolongements. Les théories décrites dans le cadre de la MQ (mécanique quantique relativiste, théorie quantique relativiste des champs, théories de jauge et modèles unifiés, groupe de renormalisation, gravitation quantique, etc...)

[invite8ef897e4]

Bonjour,

je ne peux m'empecher de citer Grothendieck dans Recoltes et Semailles :

Passer de la mécanique de Newton à celle d’ Einstein doit être un peu, pour le mathématicien, comme de passer du bon vieux dialecte provençal à l’argot parisien dernier cri. Par contre, passer à la mécanique quantique, j’imagine, c’est passer du français au chinois.

[gatsu]

Re.
Non. Précisément. La mécanique quantique ne fait par tourner l'électron autour du noyau.

Ce n'est pas tout à fait vrai non plus. On peut calculer une densité de courant de probabilité associée à l'electron et cette dernière "tourne" pour toute orbitale qui n'a pas l=0.

mais qu'en est-il selon la mécanique quantique ? Est-ce les niveaux d'énergie qui permettent une explication théorique analogue ?

Ba oui c'est ça mais encore une fois il faut faire attention, ce sont les niveaux d'energie de l'atome et pas seulement des éléctrons (pris séparément) qui permet d'être en accord avec l'experience en spectroscopie d'atomes polyéléctroniques.

[Seirios]

Ba oui c'est ça mais encore une fois il faut faire attention, ce sont les niveaux d'energie de l'atome et pas seulement des éléctrons (pris séparément) qui permet d'être en accord avec l'experience en spectroscopie d'atomes polyéléctroniques.

Quelqu'un aurait-il un document avec l'étude du spectre de l'atome d'hydrogène (le cas le plus simple) ?

[Thwarn]

Hop la!
et plus precisement ici.
Je suis pas sur que c'est bien fait, mais au moins tu as la derivation. Et meme celle a partir de l'equation de Dirac

[Seirios]

Merci Thwarn pour ce document

[inviteb9912191]

Bonjour tout le monde,
un post super intéressant merci phys2.
En fait pour ce que j'en connais, la dualité onde corpuscule de l'électron est nécessaire par exemple en optique pour les fentes de young. En effet l'observation des interférences pour l'expérience des fentes ne peut être expliqué si l'on considère l'électron corpusculaire ce qui induit la nature ondulatoire de l'électron. Si l'on veut comprendre la nature de l'électron, la compréhension de ces phénomènes apporte à mon sens pas mal de réponses.

En mécanique quantique, on définit une densité de probabilité de présence de l'électron. La représentation suivante : montre qu'on a plus de chance de tomber sur un électron en se promenant dans les zones les plus sombres. Ainsi l'électron est un corpuscule que l'on ne peut pas localiser, donc un corpuscule ondulatoire.
La probabilité de présence de l'électron se calcule à partir des équations de Schrödinger dont la solution est une fonction que l'on appelle fonction d'onde qui définit les états quantique de l'électron.
Si cela t'intéressent phys2 et que tu n'as pas de lecture sur le sujet, j'aurais peut-être un livre à te conseiller, il est assez complet mais pas toujours très accessible.

[inviteb9912191]

désolé pour le message en double, ma connection a buggé et j'ai ré-envoyer sans regarder

[Seirios]

Si cela t'intéressent phys2 et que tu n'as pas de lecture sur le sujet, j'aurais peut-être un livre à te conseiller, il est assez complet (modèle de Bohr/équations schrödinger/ orbitales...) mais pas toujours très accessible.

N'hésites pas, même si cela ne sert pas, la référence pourrait être utile à quelqu'un d'autre

[inviteb9912191]

Le bouquin c'est "liaison chimique et spectroscopie" de Martial Chabanel. Par contre la présentation est tout à fait rébarbative, c'est lui qui à fait toutes les illustrations. Mais le contenu est là.

[termitor]

plus haut il a ete dit que en fessans le passage de la limite de la constante h on retrouver la mecanique classique a partir de la mecanique quantique.

ce passage a la limite
c'est bon une formule barbare, mais
[p,x]=ih (ou h bar , qu'importe)

ca veut dire simplement les operation de mesure de la quantite de mouvement et la position ne commute pas , ou simplement suivant l'ordre des operation que l'on va faire on auras pas le meme resultat

si je fais tendre h vers 0

on retrouver [p,x]=0 donc ces grandeurs commute a nouveau , c'est le domaine de la mecanique classique.

Bien maintement les formes des orbitale atomique ne sont que des solutions d'une mecanique plus complexe, ou les grandeurs ne sont pas des nombres mais des operateurs ! et on l'on definie de valeurs propre de temps a autre (mesures)

le modele de bohr ne va pas si loin , c'est la mecanique classique plus quelle recette de cuisine quantique.

il ai donc ni classique, ni quantique , c'est un modele tres limites de la physique finalement , il est fortement faux sauf dans un cas particulier , l'atome de bohr !

il a peut de qualite : surtout des postdictions aucune prédictions.
pas generalisable
pas de cadres general explicatif precis.

finalement ca marchotte, mais ce modele n'explique rien du tous.

Bien a vous