Masse et énergie

[invited6ca4972]

Bonjour à tous d'un vieux novice ! - Les électrons tournent inlassablement autour du noyau de l'atome. Selon la formule E=Mc2, d'où provient cette énergie sans perte de masse quantifiable de l'atome ?
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[curieuxdenature]

Bonsoir BEBERT80
vu qu'ils ne perdent pas d'énergie on sait depuis au moins 80 ans qu'ils ne tournent pas non plus.
Tu vas relancer une discussion dont la solution a été mainte et mainte fois donnée : et la mécanique quantique fut.

[Deedee81]

Salut,

Les électrons tournent inlassablement autour du noyau de l'atome. Selon la formule E=Mc2, d'où provient cette énergie sans perte de masse quantifiable de l'atome ?

Comme l'a dit curieuxde nature, il est incorrect de parler de dire que les électrons tournent autour du noyau. D'ailleurs, toute particule chargée en rotation émet un rayonnement (c'est proche du principe d'une antenne) et l'électron tomberait en spirale sur le noyau. C'est un très vieux problème en partie à l'origine de la mécanique quantique.

Il est préférable de dire que l'électron "est" dans le voisinage du noyau, sans plus. Sa zone de présence ayant dans l'état de base (pour un seul électron) grosso modo la forme d'une sphère (ce qui est donc très différent d'une orbite qui est plane).

Curieuxdenature dit aussi que l'électron autour du noyau ne perd pas d'énergie. C'est exact. Il se contente d'y être. Après tout, même avec une rotation, la Terre tourne indéfiniment autour du Soleil et personne ne doit la pousser pour ça

Mais que se passe-t-il quand on prend un noyau tout nu, sans électron, et qu'on amène un électron de très loin ? Dans ce cas, l'électron se lie au noyau (grâce à l'attraction électrostatique) et le système complet a, à la fin, moins d'énergie qu'au départ. C'est la raison pour lequel l'électron est lié et stable. Il faut lui fournir de l'énergie pour l'éjecter (13.6 eV pour un atome d'hydrogène).

L'atome avec son électron a donc moins d'énergie que le noyau tout nu et l'électron au loin. Cette énergie, lorsque l'électron se lie à l'atome, est normalement émise sous forme de rayonnement lumineux.

Et la masse ? Vu que l'atome lié à moins d'énergie que les constituants séparés, la masse totale sera légèrement plus faible qu'avec les constituants séparés. Mais la différence est infime. Vraiement très faible : de l'ordre du millionième de milliardième de milliardième de milliardième de gramme. Cela étant dû à la très faible énergie en jeu (c'est parce que cette énergie est très faible qu'il est si facile d'avoir des réactions chimiques : qui sont justement des déplacements d'électrons, leur mise en commun pour former des molécules, etc.)

La masse des atomes et leur variation est essentiellement due aux noyaux et aux énergies de liaison entre constituants (protons et neutrons et énergie nucléaire).

[curieuxdenature]

Bonjour

d'ailleurs, pour marquer la distinction avec les planètes, on emploie le terme d'orbitales et non d'orbites pour parler de la trajectoire des électrons au voisinage du noyau.
Leurs formes sont toutes connues et même si la sphère peut se comparer à une orbite qui a dérivée pendant des milliards d'années, aucune des autres ne risquent de ressembler à ce qu'on voit dans un système solaire.

Dans une orbite on a à chaque instant une relation très précise entre la position du corps et sa vitesse autour de son soleil alors qu'avec l'électron on est très loin de ce schéma classique.
Les échanges d'énergies sont quantifiées, au coup par coup, ce qui est difficile à imager à notre échelle.

En bref, l'expérience montre qu'en ayant une donnée précise de la position de l'électron on perd toute notion sur sa vitesse et ce n'est pas dû à des limitations de mesures, c'est bien une impossibilité de connaitre sa position et sa vitesse (donc son énergie) en même temps.

On parle alors de densité de probabilité de présence et on localise l'électron dans un volume comme un nuage de points par unité de temps. Autrement dit, avec du temps on a pas mal de points à donner sinon, en cliché instantané, on ne sait pas dessiner un point quelque part.

[A voir en vidéo sur Futura]

[doul11]

bonjour

pour illustrer ce que disent curieuxdenature et Deedee81, regardez les images des orbitales sur cette page : http://fr.wikipedia.org/wiki/Atome

rien a voir avec des orbites bien circulaires, non ?

[invité576543]

Ce qui suit est à un niveau moins superficiel de vulgarisation...

d'ailleurs, pour marquer la distinction avec les planètes, on emploie le terme d'orbitales et non d'orbites pour parler de la trajectoire des électrons au voisinage du noyau.

Pas exactement. Les orbitales n'ont rien à voir avec des trajectoires, ce sont uniquement des fonctions de probabilité.

Pire, ce qu'on présente en général comme des orbitales sont un jeu d'orbitales particulières formant une base.

La différence avec une trajectoire est flagrante quand on apprend qu'une combinaison linéaire d'orbitales est aussi une orbitale.

Leurs formes sont toutes connues

Pas vraiment... Il y a bien trop de combinaisons possibles pour cela.

Celles qu'on présente usuellement ont un intérêt pratique particulier, typiquement en chimie. Et cela inclut des combinaisons ("hybridations"), comme sp³ par exemple.

et même si la sphère peut se comparer à une orbite qui a dérivée pendant des milliards d'années

S'il s'agit des orbitales s, même pas, parce que le moment cinétique orbital est nul.

En bref, l'expérience montre qu'en ayant une donnée précise de la position de l'électron on perd toute notion sur sa vitesse et ce n'est pas dû à des limitations de mesures, c'est bien une impossibilité de connaitre sa position et sa vitesse (donc son énergie) en même temps.

L'énergie n'a pas le même statut que vitesse ou position. Quand on parle d'une orbitale, on parle d'une orbitale stable et son énergie est bien définie. Mais ni la position ni la vitesse n'ont un sens.

On parle alors de densité de probabilité de présence et on localise l'électron dans un volume comme un nuage de points par unité de temps.

Cette image est assez dangereuse. A la rigueur pour une introduction superficielle, mais dès qu'on gratte un peu, elle est fausse.

Autrement dit, avec du temps on a pas mal de points à donner sinon, en cliché instantané, on ne sait pas dessiner un point quelque part.

En fait, si. C'est bien quand il y a une interaction avec le cortège électronique (ce qu'on comprendre par "cliché instantané") que la position (ou la vitesse) devient définie.

C'est quand on ne fait aucun cliché que la position et la vitesse n'ont pas de sens.

[invite7ce6aa19]

Ce qui suit est à un niveau moins superficiel de vulgarisation...

Pas exactement. Les orbitales n'ont rien à voir avec des trajectoires, ce sont uniquement des fonctions de probabilité.

bonjour,


Pas exactement. Les orbitales n'ont rien à voir avec des trajectoires, ce sont uniquement des amplitudes de probabilité.

Pire, ce qu'on présente en général comme des orbitales sont un jeu d'orbitales particulières formant une base.

La différence avec une trajectoire est flagrante quand on apprend qu'une combinaison linéaire d'orbitales est aussi une orbitale.

OK

Pas vraiment... Il y a bien trop de combinaisons possibles pour cela.

Celles qu'on présente usuellement ont un intérêt pratique particulier, typiquement en chimie. Et cela inclut des combinaisons ("hybridations"), comme sp³ par exemple.

En physique du solide aussi et pour les mêmes raisons.

Cette image est assez dangereuse. A la rigueur pour une introduction superficielle, mais dès qu'on gratte un peu, elle est fausse.

Non seulement elle n'est pas dangereuse mais c'est celle qui guide toutes les structures des atomes, des molécules et solides. techniquement il s'agit des théories de champs moyens

[invité576543]

Pas exactement. Les orbitales n'ont rien à voir avec des trajectoires, ce sont uniquement des amplitudes de probabilité.

Ou fonction d'onde, si on veut utilise le terme le plus courant. J'ai mélangé par erreur les deux terminologies.

Non seulement elle n'est pas dangereuse mais c'est celle qui guide toutes les structures des atomes, des molécules et solides. techniquement il s'agit des théories de champs moyens

Ma remarque ne concernait que la partie "on localise l'électron dans un volume comme un nuage de points par unité de temps". L'observable "position" n'est pas la seule observable, et réduire la fonction d'onde au seul résultat de cette observable là amène à des contre-sens (en particulier, cela ne permet pas de comprendre pourquoi elle est à valeurs complexes).

[Deedee81]

Salut,

Pas exactement. Les orbitales n'ont rien à voir avec des trajectoires, ce sont uniquement des fonctions de probabilité.

On peut parfois définir une trajectoire (approximative) et on peut définir un courant de densité de probabilité mais ici : il vaut 0 !!!! Donc, pas de trajectoire dans tous les sens du terme.

Une autre façon de voir l'électron est comme une onde, donc répartit autour de l'atome. Mais attention, ce n'est pas vraiment une onde classique (comme une vague) ! Ca reste une image. Ici c'est comme une onde stationnaire (en fait c'est vraiment une onde stationnaire ! Du moins l'orbitale de base, stable, l'orbitale s pour l'hydrogène et l'hélium)

Je reviens là à un peu de "grosse" vulgarisation mais c'est pour essayer d'aiguiller BEBERT pour qui combinaison linéaire et hybridation n'est peut-être pas très parlant ???

EDIT : croisement. Je vois que tu parles d'ailleurs de fonction d'onde. A noter qu'il n'y a pas vraiment mélange de terminologie. La fonction d'onde c'est l'amplitude de l'état d'être dans un état de base particulier (en général la base position).

[invité576543]

A noter qu'il n'y a pas vraiment mélange de terminologie.

Le mélange, c'était avant. J'avais écrit "fonction de probabilité", ce qui effectivement impropre.

[invité576543]

c'est pour essayer d'aiguiller BEBERT pour qui combinaison linéaire et hybridation n'est peut-être pas très parlant ???

les détails justificatifs étaient plutôt pour CdN...

Je pense qu'il faut dès la "grosse vulgarisation" tuer dans l'œuf toute relation entre orbitale et trajectoire. Ce n'est qu'une opinion...

[invite7ce6aa19]

Ou fonction d'onde, si on veut utilise le terme le plus courant. J'ai mélangé par erreur les deux terminologies.

C'est effectivement même fonction d'onde qu'il faut employer dans ce contexte et non amplitude de probabilité comme je l'ai écrit. dans les 2 cas ce sont des nombres complexes et il faut éviter de parler de probabilités qui sont des nombres réels.

Sinon une amplitude de probabilité possède un statut de probabilité conditionnelle (tout en étant un nombre complexe).

Ma remarque ne concernait que la partie "on localise l'électron dans un volume comme un nuage de points par unité de temps". L'observable "position" n'est pas la seule observable, et réduire la fonction d'onde au seul résultat de cette observable là amène à des contre-sens (en particulier, cela ne permet pas de comprendre pourquoi elle est à valeurs complexes).

OK, j'ai compris ce que tu voulais dire.

[Deedee81]

Salut,

Ce n'est qu'une opinion...

Et je la partage.

[curieuxdenature]

les détails justificatifs étaient plutôt pour CdN...

Je pense qu'il faut dès la "grosse vulgarisation" tuer dans l'œuf toute relation entre orbitale et trajectoire. Ce n'est qu'une opinion...

Bonjour

que je partage aussi, le terme trajectoire est encore trop proche de l'idée classique du mouvement de l'électron autour du noyau, et même 'autour' peut prêter à confusion si on survole négligemment le sujet.

A charge donc pour le curieux d'approfondir sérieusement le problème qui est un peu plus coriace que de calculer des positions de satellites.