Photons et électrons

[GoldHell15]

Bonjour à tous,
je suis actuellement en 1ere S et m'attaque au chapitres sur les sources de lumière colorées avec les différentes transitions énergétiques des électrons sur les différentes couches.
J'aurai besoin d'aide à propos d'une question :
Lors de l'absorption d'un photon par exemple, l'électron monte du niveau correspondant a (delta)E soit la différence d'energie entre la couche initiale et finale (on les appelera E1 et E2)
Hors, on sait qu'un électron retourne inévitablement au niveau d'énergie E1, mais comment se fait cette transition ? J'ai pensé à l'émission d'un même proton, mais ca ne me semble pas logique puisque si l'atome absorbe puis renvoie exactement le même proton, il n'a pas fait grand chose à mon sens.
Qu'est-ce qui se passe alors concrètement lors de la desexcitation ?
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[Armen92]

Ce n'est pas l'électron qui "monte" lors de l'absorption d'un photon de fréquence convenable : c'est globalement l'atome qui passe d'un niveau d'énergie à un autre de plus grande énergie.
Tôt ou tard, en effet, l'atome finit par évacuer le photon, ceci au bout d'un temps aléatoire dont la moyenne (statistique) est la durée de vie de l'état excité.
En toute rigueur, le photon à absorber doit avoir une énergie supérieure à la différence , car il faut tenir compte des deux lois de conservation énergie et impulsion. Toutefois, dans le domaine optique (le cas usuel pour une transition atomique), cet excès est très petit.
De même lors de l'émission, le photon récupéré dans le milieu extérieur a une énergie légèrement plus petite que .

Ces petits écarts rendent possible la résonance optique alors que si l'on veut transposer au domaine nucléaire, ce n'est envisageable que pour un noyau inséré dans une matrice cristalline (c'est le "canon sans recul", plus savamment appelé effet Mossbauer).

[GoldHell15]

Ah d'accord, merci, mais ta réponse amène une autre question..
Je ne sais pas si cette question est vraiment fondée ou légitime, mais si l'atome absorbe un proton avant de le réemettre un peu plus tard, comment, à la base, l'atome sait-il si ce proton doit être absorbé ou émis puisque les différences d'energie sont les mêmes ?

[Armen92]

Ah d'accord, merci, mais ta réponse amène une autre question..
Je ne sais pas si cette question est vraiment fondée ou légitime, mais si l'atome absorbe un proton avant de le réemettre un peu plus tard, comment, à la base, l'atome sait-il si ce proton doit être absorbé ou émis puisque les différences d'energie sont les mêmes ?

A proprement parler, l'atome ne "sait" rien et n'a pas d'obligations... Il ne raisonne pas non plus en terme de profit (est-ce que j'y gagne ? Est-ce que j'y perds ?) !!!

Le fait est que lorsqu'un photon ayant la bonne énergie entre en interaction avec un atome, la probabilité est non nulle qu'il soit absorbé (mais il est donc aussi possible que rien ne se passe).
Quand l'absorption a eu lieu, il y a ensuite une certaine probabilité (dépendant du temps écoulé) que l'atome émette le photon. C'est pourquoi deux atomes identiques, ayant absorbé chacun un photon au même instant, ne réémettent pas plus tard au même instant (pas de "flash" dans une vapeur atomique). En changeant de gamme d'énergie, il en va de même pour une source radioactive.

[A voir en vidéo sur Futura]

[GoldHell15]

Merci beaucoup !

[mathier]

Ce n'est pas l'électron qui "monte" lors de l'absorption d'un photon de fréquence convenable : c'est globalement l'atome qui passe d'un niveau d'énergie à un autre de plus grande énergie.

bonjour,
on parle de modéle de Bohr établit en 1913 un modéle quantique si je ne me trompe pas.
Après avoir lu pas mal de pages a priori sérieuses provenant de documents universitaires , je suis un peu "troublé" car on raconte souvent que ce modéle de Bohr présente l'atome comme possédant des couches électroniques précises et que le passage d'un électron d'une couche à l'autre est responsable de l'interprétation des spectres de raies atomiques.
A ce moment là je "visualise" un électron qui monte d'une couche

est ce que je peux conclure que quand un électron monte d'une couche ça correspond "vu de l'atome dans son ensemble" à un atome qui posséde plus d'énergie
donc est ce que ça implique que les niveaux d'énergie d'un atome sont reliées à la disposition des électrons sur la couche électronique ?

merci

[LPFR]

Bonjour.
Non. On ne parle pas du modèle de Bohr. Ce modèle ne parlait pas des "couches" mais carrément des orbites.
On parle ici du modèle, actuellement en service, d'orbitales électroniques.
Quand un électron passe d'un orbital de plus faible énergie à un de plus grande énergie (en ayant reçu cette énergie d'un photon, d'un électron externe (ou interne) ou même d'un choc entre deux atomes), l'électron a gagné en énergie, et l'atome auquel il appartient aussi.
Les niveaux d'énergie des atomes (ceux de ses orbitales atomiques) ne dépendent pas de la disposition des électrons sur ces orbitales (ils n'ont pas le choix) mais dépendent du nombre de protons dans le noyau (et un chouïa du nombre de neutrons). Ceci fait que les spectres atomiques sont caractéristiques de chaque élément chimique.
Au revoir.

[mathier]

bonjour,
je ne saisis pas ce que vous m'avez expliqué car je ne réussis pas à voir les grandes lignes de l'enchainement des notions, des modéles :
ce que je crois actuellement (à mon avis il y a des erreurs)

En 1913 on sort du modéle de Rutherford pour l'atome : des électrons tournent autour d'un noyau chargé positivement ... rien de plus ... il y a des forces d'attraction électrique et c'est tout
puis grâce au travail de Planck , d'Einstein avec le modéle corpusculaire de la lumière des modéles nouveaux pour l'atome apparaissent.
deux modéles apparemment Bohr et Schrödinger plus tard
Bohr range les électrons sur des couches (c'est une de ses grandes "trouvailles"), qui posséde une énergie qui est quantifiée mais apparemment rien à voir avec l'explication des spectres de raies de l'atome
Toujours Bohr : il explique les spectres de raies des atomes à partir de la quantification de l'énergie des atomes

Schrödinger: modéle différent car les électrons ne sont plus sur des couches mais on parle de densité de probabilité de présence des électrons dans une zone donnée autour du noyau
Les niveaux d'énergie des atomes sont "retravaillés" en utilisant la notion d'orbitale atomique (que je ne conceptualise pas du tout )

pouvez vous me donner des pistes ou corriger mes erreurs dans ma vision des choses svp ?

merci

[invitea6c8bbf7]

consultez les livres de laser

[LPFR]

Re.
Une petite correction. Quand on dit que "Toujours Bohr : il explique les spectres de raies des atomes...", c'est faux. Le modèle de Bohr n'explique qu'une partie du spectre de l'hydrogène et il n'a jamais fonctionné correctement pour d'autres atomes. Même pas pour l'hélium.

Par a suite il y eut le modèle ondulatoire de de Broglie (que wikipedia ne mentionne pas), dans laquelle les niveaux discrets correspondaient à des "modes" d'oscillation des électrons dans leurs orbites (eh oui !). Finalement les modèles purement ondulatoires, dans lesquelles chaque niveau d'énergie correspond à un mode d'oscillation de l'onde de l'électron dans le puits de potentiel du noyau.

Vous pouvez le visualiser de la manière suivante. Quand vous chantez sous la douche, certaines fréquences correspondent à des modes d'oscillation de la salle de bains (longueur multiple de lambda/2). Pour les électrons, l'atome n'est pas une cavité aux parois rigides, mais un puits de potentiel qui limite mollement l'étendue de l'onde. Les niveaux d'énergie sont le compromis entre la largeur de la boite (qui dépend de l'énergie de l'électron) et la longueur d'onde de l'électron qui dépend aussi de l'énergie de l'électron. Ceci fait qu'il n'y a que des solutions discrètes pour les niveaux possibles. Ces solutions ont des formes "curieuses" que vous trouverez dans la page de wikipedia que j'ai citée. Elles sont le correspondant, en 3 dimensions, des modes d'oscillation d'une corde de guitare ou des modes de résonance dans une salle de bains.
A+

[Deedee81]

Salut,

pouvez vous me donner des pistes ou corriger mes erreurs dans ma vision des choses svp ?

Pas d'erreur notable dans cette description évidemment très incomplète (il faut dire que la période fut riche et complexe, les idées se bousculant et étant parfois réfutées avant même d'être publiées !!!)

En très gros on a :
- Découverte de Planck et Einstein (quantification des ondes électromagnétiques, constante de Planck)
- Découverte de Rutherford sur la structure de l'atome
- Modèle de Bohr, imparfait, incomplet mais premier pas intéressant (très)
- théorie de Heisenberg et Born, modèle matriciel de la MQ
- théorie ondulatoire de Schrödinger
- Dirac montre l'équivalence des deux dernières formulations
- etc.... (MQ relativiste, théorie quantique des champs, électrodynamique quantique relativiste, renormalisation, théories de jauge et modèles unifiés, modèle électrofaible de Glashow-Weinberg-Salam, chromodynamique,... on en est là du validé, et il reste les prolongements qui ne sont pas encore validés comme la supersymétrie, par exemple).

Je te conseille ceci :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Histoir...ique_quantique
et bien sûr les liens associés

[mathier]

merci pour le complément,

mais...
quand j'écris "Bohr range les électrons sur des couches (c'est une de ses grandes "trouvailles"), qui posséde une énergie qui est quantifiée mais apparemment rien à voir avec l'explication des spectres de raies de l'atome" je ne suis pas du tout convaincu surtout en regardant le schéma sur la page de wikipedi
http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_model
que l'énergie de l'atome soit quantifiée OK mais j'y vois une énergie de l'atome qui dépend de la couche où peut être l'électron ; l'électron en lui même a peut être une énergie différente due à sa vitesse par exemple

... en écrivant je me dis que je viens peut être de "comprendre" ce qui me bloquer non?

[LPFR]

Re.
Oui. Vous vous faites un sac de nœuds pour rien.
L'énergie d'un atome est la somme de l'énergie du noyau (qui ne change pas) et celle des électrons qui dépend du niveau d'énergie dans lequel ils sont.
Il n'y a pas d'autre "source" d'énergie pour un atome isolé.
A+

[mathier]

merci
tout est clair maintenant