Stabilité de l'atome

[migmen]

Stabilité de l'atome

Bonjour,

J'aimerais avoir des compléments d'information sur le point suivant :

Dans la conférence intitulée : "LE PHOTON, PARTICULE OU ONDE ? ", Alain Aspect précise les conditions qui permettent à l'atome d'être stable (http://www.canal-u.tv/video/iap/le_p..._ou_onde.19421 : 24'05) : "l'électron, attiré par les protons, se rapproche du noyau et devient de plus en plus localisé. Sa longueur d'onde (λ) se réduit donc, ce qui demande une énergie importante (E = hν, avec ν = 1/λ) qui n’est pas disponible, et donc la matière ne peut s’effondrer sur elle-même ».

Question : la cause véritable empêchant l’effondrement est-elle :

- le principe d’indétermination de Heisenberg interdisant la localisation de l’électron : s’il s’effondrait sur le noyau, il serait complètement localisé ;

- l’impossibilité, pour tout système d’atteindre une énergie infinie : longueur d’onde nulle lorsque l’électron atteint le noyau.

Merci.
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[coussin]

Eh bien c'est les deux puisque comme l'indique A. Aspect l'un entraîne l'autre via l'hypothèse de De Broglie.

[migmen]

Entendu. Merci pour la réponse.

[mach3]

Je n'aime pas du tout ce genre d'explication.

Il est plus simple et plus clair de considérer l'électron comme une onde et de considérer les états stationnaires possibles pour cette onde lorsqu'elle est piégée dans le potentiel d'un noyau. L'onde électronique doit être stationnaire (sinon l'état ne serait pas stationnaire), et comme pour toute onde stationnaire, il n'y a que des états discrets qui sont possibles, avec un état fondamental qui est celui de plus basse énergie possible. Dans le cas de l'électron l'état fondamental est une onde stationnaire radiale, avec un maximum d'amplitude sur le noyau. L'électron ne pas perdre encore de l'énergie, vu qu'il n'existe pas de mode en dessous. Comme si vous demandiez à une corde guitare de faire une note plus grave que sa fondamentale...

Pourquoi alors l'électron dans l'état fondamental n'est pas absorbé par un proton du noyau? simplement parce qu'un neutron c'est plus lourd qu'un proton+un électron (sans compter l'énergie de liaison qui allège encore le tout).
Et encore ce n'est que la majorité des cas, certains noyaux instables peuvent effectivement absorber un électron : c'est la capture électronique.

m@ch3

[A voir en vidéo sur Futura]

[migmen]

Merci pour le détail m@ch 3.
J'aimerais avoir une précision sur les explications données. Pourquoi le fait que le neutron soit plus lourd que l'ensemble (proton + électron) empêche que l'électron soit capturé par le noyau ?

[Amanuensis]

Parce que cela signifie qu'il faudrait amener de l'énergie (par équivalence masse-énergie) pour équilibrer le bilan énergétique d'une absorption.

L'atome d'hydrogène a une masse de 1,00794 u, le neutron une masse de 1,0086649 u. Il manque 0.00072 u qu'il faudrait amener de l'extérieur, sous forme d'énergie.

[migmen]

Justement, si l'on considère l'atome d'hydrogène, le plus simple et qui est dépourvu de neutrons, rien ne devrait s'opposer à l'absorption de l'électron par le proton si ce n'est la réduction de sa longueur d'onde lorsqu'il approche du noyau ?

[Deedee81]

Salut,

Justement, si l'on considère l'atome d'hydrogène, le plus simple et qui est dépourvu de neutrons, rien ne devrait s'opposer à l'absorption de l'électron par le proton si ce n'est la réduction de sa longueur d'onde lorsqu'il approche du noyau ?

L'énergie finale serait plus grande (le neutron est légèrement plus massif et cela suffit). D'ailleurs un neutron isolé est instable (demi-vie de l'ordre de vingt minutes si ma mémoire de red fish est bonne). L'excès d'énergie (cette fois) se retrouvant dans l'énergie cinétique des composantes (proton et surtout électron, donnant un rayonnement bêta dans le cas de noyaux "trop riches" en neutrons).

[coussin]

Justement, si l'on considère l'atome d'hydrogène, le plus simple et qui est dépourvu de neutrons, rien ne devrait s'opposer à l'absorption de l'électron par le proton si ce n'est la réduction de sa longueur d'onde lorsqu'il approche du noyau ?

Cette absorption de l'électron par le proton dont vous parlez donnerait un neutron. Ce qui est interdit énergétiquement car le neutron est plus lourd que la somme électron+proton.

[migmen]

Très bien Coussin, là j'ai compris. Je m'intéresse à la physique et à la cosmologie essentiellement à partir des conférences et des ressources que l'on peut trouver sur Internet (dont Futura-sciences), en choisissant les conférenciers et les sites, mais mon niveau (Équivalent Bac + 1 en physique, mais ancien de plusieurs décennies) ne me permet pas de tout saisir à la première approche. Mais je prends note et je cherche des compléments, notamment sur les portails Wikipédia. Encore merci.