Niveaux d'énergie des électrons

[ThunderJack]

Bonsoir à tous !

Ce sujet porte sur une mécompréhension de ma part des mécanismes qui sont à l'origine des niveaux d'énergie des électrons au sein de l'atome. On sait en effet que ceux-ci possèdent des niveaux quantifiés d'énergie ; que lorsqu'ils passent d'un niveau supérieur à un niveau inférieur, un photon contenant la différence en énergie est émis hors de l'atome ; et que l'absorption d'un tel photon peut faire temporairement passer l'électron à un niveau d'énergie supérieur pour autant que l'énergie transférée soit suffisante.

Cependant, j'ai du mal à comprendre d'où provient ce mécanisme. Je suppose que la maîtrise de ces concepts requièrent des prérequis solides en la matière, mais il devrait être possible de me fournir une explication qualitative qui me permettrait d'y voir un peu plus clair.

Alors, comment se fait-il que lorsque les électrons sont libres, en dehors de l'atome, ceux-ci peuvent posséder une énergie quelconque ?

Pourquoi un électron ne pourrait-il dès-lors pas adopter ce même niveau d'énergie quelconque au sein de l'atome ?
Pour prendre un exemple simple : Pourquoi au sein de l'atome d'hydrogène, l'électron ne pourrait-il pas posséder "un petit peu plus" ou "un petit peu moins" d'énergie ?

Par quel mécanisme l'émission du photon a-t-elle lieu ?

Et une dernière pour la route : L'existence de ces niveaux d'énergie a-t-elle un lien étroit avec le phénomène de dissipation de l'énergie qui permet aux électrons de se nicher dans des puits de potentiels, et par la même, avec l'existence-même des atomes ?


Pour poser le décor, voilà mon niveau en physique :

- Connaissances de base du modèle quantique de l'atome (nombres quantiques, effet photoélectrique, orbitales atomiques)
- Électrostatique (force, champs, potentiel).

C'est à peu près tout !
Je vous remercie pour vos futures réponses !
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[LPFR]

Bonjour.
La raison des niveaux d'énergie dans les atomes est la même que celle que vous avez étudié dans un puits de potentiel carré.
Il faut que la longueur d'onde de l'électron corresponde aux dimensions du puits de potentiel.
Dans un atome c'est ma même chose avec deux complications supplémentaires: le puits n'est pas carré mais en 1/r et il n'est pas infini. Ceci a pour conséquence que l'onde stationnaire (ou le mode de la cavité) n'est pas arrêtée net par les parois mais "bave" un peu vers l'extérieur. L'autre conséquence est que les modes de l'électron ne sont pas reliées par des sub-multiples de la longueur d'onde (comme dans une corde de guitare ou un puits carré). Donc, les niveaux d'énergie ne sont pas équi-espacés.
Et n'oublions pas que les modes d'une cavité sont plus nombreux en trois dimensions.

Entre les électrons libres et liées et le son (ou une onde électromagnétique) en espace ouvert et dans une cavité, il y a la même analogie. Dans un cas toutes les longueurs d'onde (et énergies) sont possibles et dans l'autre seules quelques longueurs d'onde (et énergie) sont possibles.

Sur le mécanisme d'émission ou d'absorption du photon je ne peux rien vous dire. Je ne sais pas s'il y a une explication "mécaniciste" (je ne crois pas). Cela fait partie des charmes de la mécanique quantique.

Quand à votre dernière question, elle est de caractère religieux ou philosophique. Je ne vois pas le rapport avec la "dissipation d'énergie". Les niveaux d'énergie on été postulés (ou trouvés) pour expliquer le comportement des atomes.
Au revoir.