Comment se fait-il que les électrons ne rayonnent pas dans l'orbitale atomique ?

[Floris]

Bonjour,

Tout est dans le titre, comment se fais t'il que les électron ne rayonne pas dans l'orbitale atomique ?

Y a t'il des explication à ce jours ?

Merci
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[invite21348749873]

Bonjour
A ma connaissance il n'existe pas d'explication, cela semble etre une loi de la nature.

[Deedee81]

Bonjour,

Evidemment il est impossible de trouver le "pourquoi les choses sont ainsi", alors je raisonnerais comme ceci.

L'affirmation qu'une particule chargée en rotation doit rayonner est une affirmation tirée de l'électromagnétisme classique.

Or l'électromagnétisme classique n'est qu'une théorie approchée. La "bonne" théorie (pour autant que nous le sachions) étant l'électrodynamique quantique relativiste. Dans le cas d'espèce on peut même se contenter de la mécanique quantique orthodoxe et de l'approche semi-classique (équation de Schrödinger pour l'électron + EM classique).

Dans cette théorie les électrons sont décrit par des fonctions d'onde qui donnent l'amplitude probabiliste de présence de l'électron. Dans l'état de base (orbitale S), l'électron a une orbitale sphérique, sans moment angulaire, sans rotation => pas de rayonnement. Dans les autres états, il y a une certaine probabilité que l'électron passe dans l'état de base (s'il n'est pas occupé) et émette un rayonnement. Mais c'est encore très différent de la théorie classique.

Ce n'est que pour des situations ou les aspects quantiques peuvent être négligés que l'on retombe sur "un électron en rotation rayonne". Par exemple, dans un atome de Rydberg, l'électron est très éloigné du noyau. Dans cette situation, les états possibles de l'électron sont nombreux avec des énergies très proches. Un électron localisé (sous forme d'un petit paquet d'ondes en rotation) restera longtemps localisé (au lieu de "s'étaler" complètement autour du noyau). Le calcul quantique montre que l'électron va sauter d'état en état en se rapprochant du noyau et en émettant un rayonnement. Et cette solution est à peu de chose près identique à celle d'un électron classique tombant en spirale et en émettant un rayonnement. Ce n'est qu'arrivé plus près du noyau que les deux solutions vont commencer à diverger fortement jusqu'à être totalement incompatibles.

J'espère que c'est plus clair. Après, reste à bien comprendre la mécanique quantique (ce n'est pas une théorie qui s'apprend en quelques jours) et bien entendu là on retombe sur les pourquoi : on ne sait pas pourquoi le monde obéit au lois quantiques, c'est juste un constat.

[Amanuensis]

Tout est dans le titre, comment se fais t'il que les électron ne rayonne pas dans l'orbitale atomique ?

Pour illustrer la réponse de Deedee d'un point de vue épistémologique, une simple question:

Pourquoi envisagez-vous qu'ils rayonnent alors que manifestement les atomes sont stables?

Ce n'est pas une question rhétorique: c'est juste pour pousser à réfléchir au pourquoi on se pose la question que vous posez.

[A voir en vidéo sur Futura]

[damastate]

Bonjour à tous. Je voulais savoir dans le rayonnement thermique, qui est-ce qui rayonne du coup ?

[Deedee81]

Salut,

Bonjour à tous. Je voulais savoir dans le rayonnement thermique, qui est-ce qui rayonne du coup ?

Ca dépend de l'état (solide, liquide, gaz) et de la température.

Il y a plusieurs sources, à chaque fois un changement d'état => absorption ou émission de rayonnement
- Mouvement de translation des atomes (typiquement un gaz), toujours quantifié (atomes dans un récipient ou dans un potentiel gravitationnel par exemple, sauf peut-être dans l'espace interstellaire).
- Mouvement de rotation (gaz, molécules diatomiques (ou plus) non symétriques)
- Mouvement de vibration (molécule diatomique (ou plus), ou réseaux cristallins, etc... Typiquement température élevée pour les gaz, température ambiante pour les solides)
- Transitions électroniques : très haute température
- Et même des transitions nucléaires (généralement négligée, faut déjà de fameuses températures)

On a donc toujours a priori un spectre de raie. Mais les raies sont souvent très serrées et comme elles ont une certaine largeur (largeur naturelle + effet Doppler), on a souvent un spectre continu.

[Floris]

merci deedee81 pour votre messages.

Pour illustrer la réponse de Deedee d'un point de vue épistémologique, une simple question:

Pourquoi envisagez-vous qu'ils rayonnent alors que manifestement les atomes sont stables?

Ce n'est pas une question rhétorique: c'est juste pour pousser à réfléchir au pourquoi on se pose la question que vous posez.

En toute modestie, toute particule chargé en mouvement rayonne de l'énergie. Bohr, il me semble, avais donc postulé que sur certaines orbitales, l'électron ne rayonne pas, de sorte à ce que ce dernier ne perde pas d'énergie.

Corrigez moi si je me trompe.

[Amanuensis]

En toute modestie, toute particule chargé en mouvement rayonne de l'énergie.

Ce que je proposais est de s'interroger pourquoi on se permet une telle affirmation. Pourquoi on voit (ou voyait) cela comme une connaissance. En particulier (évidemment) la modalité qu'amène le mot "toute".

[invité98765E456782]

Bon moi je dis une connerie et je me barre.

Pourquoi les atomes de Rydberg, à la limite du classique et du quantique ne rayonne pas ?

[invite21348749873]

Ce que je proposais est de s'interroger pourquoi on se permet une telle affirmation. Pourquoi on voit (ou voyait) cela comme une connaissance. En particulier (évidemment) la modalité qu'amène le mot "toute".

On constate experimentalement ( et je pense qu'on peut le démontrer) qu'un electron acceléré dans un repère émet un champ electrique en 1/r qui se propage à la vitesse c.
Donc il crée dans l'espace un flux energetique 1/2Eps0E²
N'est pas cela qui permet de dire qu'une particule chargée rayonne de l'énergie?

[Amanuensis]

N'est pas cela qui permet de dire qu'une particule chargée rayonne de l'énergie?

Oui. Une, et dans ces conditions expérimentales là.

C'est le passage à "toute" qui est intéressant d'un point de vue épistémologique.

[Deedee81]

Bon moi je dis une connerie et je me barre.
Pourquoi les atomes de Rydberg, à la limite du classique et du quantique ne rayonne pas ?

Ils rayonnent. Relit ce que j'ai écrit.

(t'es pas obligé de te barrer pour ça )

On constate experimentalement ( et je pense qu'on peut le démontrer) qu'un electron acceléré dans un repère émet un champ electrique en 1/r qui se propage à la vitesse c.
Donc il crée dans l'espace un flux energetique 1/2Eps0E²
N'est pas cela qui permet de dire qu'une particule chargée rayonne de l'énergie?

Ca nécessite d'avoir une vitesse bien définie et donc c'est un raisonnement classique.

Et au-delà de ça, comme je l'expliquais, dans l'état de base (orbitale S) l'électron n'a pas de rotation orbitale autour du noyau (moment angulaire nul) : c'est là en fait qu'on a le clash avec la mécanique classique.
D'ailleurs dans le cas semi-classique, on couple le champ électromagnétique à l'électron "comme si il était classique". Même si c'est du bricolage, ça montre que la physique classique n'a quand même pas tout faux

[damastate]

Donc Deedee81 si j'ai bien compris ce sont les molécules qui rayonnent par vibration ou rotation. Mais les électrons sont inclus dans la molécule donc j'arrive pas à voir pourquoi on ne peut pas dire que les électrons ne rayonnent pas

[Xoxopixo]

Bonjour,

on constate que l'electron (que l'on veut bien supposer ici comme une particule dont on connait la nature, intégré à la structure globale atomique) ne rayonne pas.
On en conclu donc (selon cette approche particulaire); soit qu'il ne se déplace pas, soit qu'il se déplace et "va tout droit" (ne subit aucune acceleration).

C'est un début de raisonnement mais évidemment très loin des phénomèns réels complexes qui se déroulent au niveau de l'atome

[curieuxdenature]

Donc Deedee81 si j'ai bien compris ce sont les molécules qui rayonnent par vibration ou rotation. Mais les électrons sont inclus dans la molécule donc j'arrive pas à voir pourquoi on ne peut pas dire que les électrons ne rayonnent pas

Bonjour

c'est le changement d'état de l’électron qui donne un rayonnement dans les cas précisés par Deedee81, c'est aussi le cas quand l'électron saute du niveau supérieur à un niveau inférieur dans l'atome seul.
Ce que le fil laisse entendre, c'est qu'au niveau minimum il ne rayonne rien. On peut comparer l'orbitale la plus basse à la surface du sol, (à moins de creuser sous terre,) un objet ne peut tomber plus bas, c'est son état d'énergie potentielle minimale.

[damastate]

OK merci. Pas facile quand même tout ça !

[nlm.nlm]

On en conclu donc (selon cette approche particulaire); soit qu'il ne se déplace pas, soit qu'il se déplace et "va tout droit" (ne subit aucune acceleration).

N'oublions pas que le noyau est hyper dense et qu'il est peut etre capable de deformer l'espace qui l'entoure à la maniere d'une etoile à neutrons

[nlm.nlm]

je veux dire par là , l'électron ne suivrait t-il pas des géodésiques quantiques, qui restent à déterminer, quand il ne rayonne pas ?

[coussin]

Y a un exercice qu'on donne toujours aux étudiants de première année qui est de comparer la force gravitationnelle par rapport à la force électromagnétique dans un atome. Je suis d'accord qu'on compare la force gravitationnelle de Newton et qu'on devrait traiter ça avec la RG pour être sûr...

[Floris]

je veux dire par là , l'électron ne suivrait t-il pas des géodésiques quantiques, qui restent à déterminer, quand il ne rayonne pas ?

Très bonne idée ! En toute modestie, il me semble effectivement que c'est par ce genre d'idée qui à conduit à ouvrir des portes pour la conception de l'Atome de Bohr et ensuite perfectionnée. L'équation de Schrödinger est justement un moyens de calculer la sorte de géodésique dont tu fais allusion. Bien entendu, cette "géodésique" n'a riens à voir avec la géodésique de la Relativité !

En effet le postulat est le suivant: lorsque que l'onde de l'électron est dans un état résonant "stationaire" alors il ne rayonne pas ! On peut évidement pas l'expliquer par les loi de l'électromagnétisme et soyons honnête, on ne sait pas comment cela est possible.

[nlm.nlm]

j'avoue que je n'avais pas pensé que l'électron gravitait assez loin du noyau et que le champ de gravité n'est pas une affaire de densité mais plutôt de masse.

désolé

[albanxiii]

Bonjour,

je veux dire par là , l'électron ne suivrait t-il pas des géodésiques quantiques, qui restent à déterminer, quand il ne rayonne pas ?

Cette phrase n'a absolument aucun sens, à moins que vous n'expliquez sérieusement son contenu. Sérieusement, cela signifie qu'il ne suffit pas d'agiter les mains... Il s'agit d'une réponse scientifique adressée à des scientifiques.

@+