comment la physique compte le nombre d'electrons d'un element

[astro90]

salut a tous,
c'est longtemps, je cherche comment la physique atomique a arriver de compter le nombre d'electrons, (de protons et de neutrons) pour chaque element chimique.
*je constate que le nombre des energies d'ionisation pour un element est egale au nombre d'electrons pour le meme element.
*alors si le nombre d'electrons d'un element (de n electrons) a deduisé experimentalement par la mesure de la successivité d'energie d'ionisation (1ere energie d'ionisasion, 2eme ....n eme).
*donc quelle est cette experience suivie pour ce procecus de mesure de l'energie d'ionisation et comment la physique a deduire apartir de celle ci le nombre d'electrons de les elements chimiques.
merci d'avance pour vos reponces.
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[Kiraxel]

La question est très floue, mais on peut comprendre que vous pensez que c'est à partir de l'énergie d'ionisation que les premiers chimistes ont pu déterminer le nombres d'électrons des éléments chimiques.

Cela en s'est pas passé comme cela.

Au cours de l'histoire de la chimie, on a d'abord beaucoup disserté sur les masses atomiques des atomes, leurs "poids relatifs". Celui ci était relié au nombre de nucléons, bien sûr, mais à l'époque le concept de nucléons n'existait pas.
Puis, on s'est rendue compte, dans des expériences, qu'il était possible "d'arracher" des petites particules aux atomes, et que celles ci étaient déviées par un champ magnétique comme si c'était des particules de charge négatives.

On en déduisait qu'il y a un certain nombre de charges négatives (ce qui allait bientôt s'appeler des électrons) dans les atomes et qu'il devait nécessairement y avoir le même nombre de charges négatives que de positives pour assurer l'électroneutralité des atomes.
Puis, avec la découverte des neutrons, on a pu, à l'aide des masses atomiques des atomes, enfin connaître le nombre de charges positives à l’intérieur des atomes et enfin connaître le nombre d'électrons.

Ce n'est que plus tard que des scientifiques se sont intéressés à quantifier l'énergie nécessaire pour "arracher" un électron à un atome, ce qu'on appellera l'énergie d'ionisation.

[astro90]

merci pour vos informations, c'est compris.
le probleme c'est donc comment mesurer la masse atomique et les masses des particules fondamentales pour deduire le nombre des particules fondamentales pour chaque element et donc le nombre d'electrons.
mais ce qui concerne l'energie d'ionisation, elle est mesurée et non calculée. si c'est le cas, je veux comprendre le plan de l'experience et le procecus suivi.
pour comprendre comment on deduit les n energies d'ionisation des elements chimiques.
merci d'avance

[Kiraxel]

Je ne suis pas sûr, mais je pense que les énergies d'ionisation se déterminent à partir d'analyses spectrales.

Le principe : on envoi un rayonnement électromagnétique sur un échantillon de matière.
Une partie des photons sont absorbés par la atomes, et cela peut permettre d'arracher un ou plusieurs électrons aux atomes.

Puis on regarde sur le spectre d'absorption les longueurs d'ondes qui ont été absorbées (présences de raies sur le spectre).
On en déduit les énergies des photons et donc les énergies d'ionisation.

Je ne suis pas sûr que ça soit LA méthode, mais je sais que c'est le principe général de la spectroscopie de photoélectrons X (cette dernière ayant al particularité d'arracher des électrons de coeur, des couches internes de l'atome).

Après la question logique serait : "Mais comment sais t'on que les photons ont servi pour arracher un électron, et non pas pour faire simplement une transition électronique" ?
Alors je ne sais pas, mais j'imagine que les ordres de grandeurs des énergies sont suffisamment différentes pour pouvoir statuer (les énergies d'ionisation sont de l'ordre de la dizaine d'eV au moins.).

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

J'ai regardé dans wikipedia :
https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89...d%27ionisation
Et c'est en effet la méthode qu'ils décrivent.

[astro90]

l'energie d'ionisation ou potentiel d'ionisation est l'energie donnée au electron pour l'eloigner du noyau, et pour qu'il sera libre, cette energie peut prendre plusieus forme : lumineuse UV, thermique, electrique (lampe a decharge). on dit que l'atome a ionisé. l'electron arraché gagne une energie cinetique egale a la difference entre l'energie donnée et son energie potentiel (l'effet photoelectrique). on peut le detecter par un detecteur(capteur) d'electron.
en revanche, l'energie d'excitation est l'energie donnée au electron pour faire une une transition electronique dans le puit potentiel du noyau. c'est le changement d'orbitale (spectre de raies d'absorption ou spectre de pics d'emission). on dit que l'atome est excité. la, l'energie donnée doit etre lumineuse et egale exactement a l'energie necessaire d'une saute entre deux orbitale si c'est pas le cas rien transition remarqué. apres l'absorbance, l'electron va retourne a son orbitale precedant par l'emission de la meme energie absorbée sous forme de lumiere, pour cette raison que l'element absorbe les memes couleurs qu'il peut emit

[astro90]

oui, c'est les methodes theoriques tentatives du calcule de l'energie d'ionisation et pas les techniques experimentales

[Opabinia]

Bonjour,

L'établissement de la loi expérimentale de Moseley (1914) a permis la détermination directe du numéro atomique (Z) des atomes, qui représente la charge du noyau, donc le nombre d'électrons qui l'entourent.

[astro90]

oui c'est une belle et simple loi
la premiere fois qu je la voie
*mais jusqu'a maintenent on est pas encore trouver l'experience pratiquée pour la mesure des energies d'ionisation
*car, on cherche pourquoi le nombre d'electrons d'un element et egale au nombre des energies d'ionisation pour le meme element

[Opabinia]

on cherche pourquoi le nombre d'électrons d'un élément est égal au nombre des énergies d'ionisation pour le même élément

Il n'y a là aucun mystère: un atome isolé, dont le noyau positif est entouré de (Z) électrons, donnera lieu à un nombre égal d'ionisations successives:

A^(n-1)+_gaz ---> Aⁿ⁺_gaz + e^-

dont chacune requiert une énergie (E_n) par définition égale à l'énergie de n^ième ionisation de l'élément considéré.
On a ainsi:
# pour n = 1 l'énergie de première ionisation (E₁), qui concerne l'espèce non chargée (A_gaz),
# pour n = 2 l'énergie de seconde ionisation (E₂), etc ...
# la dernière étape (n = Z) conduisant au noyau isolé (A^Z+_gaz) .

mais jusqu'à maintenant on est pas encore trouver l'expérience pratiquée pour la mesure des énergies d'ionisation

Les valeurs successives sont rapidement croissantes, et leur mesure expérimentale directe de plus en plus difficile; les premières concernent la configuration énergétique des électrons externes, et peuvent être déduites du spectre d'absorption atomique dans le visible et l'ultra-violet; les autres celles des couches électroniques profondes, et sont accessibles à partir du spectre d'absorption des rayons X.

La première ionisation s'observe au croisement d'un faisceau homocinétique d'atomes (ou éventuellement de molécules) se propageant dans le vide avec un faisceau d'électrons accélérés sous une tension donnée; dès que l'énergie cinétique de ces derniers atteint le seuil (E₁), les collisions sont suivies de la séparation d'espèces de charges opposées:

A_gaz + e^- (projectile) ---> A⁺_gaz + 2 e^-

Voir ce lien.

L'expérience de Franck et Hertz (1914) a permis de confirmer la quantification des niveaux d'énergie des électrons présents dans les atomes.

[Deedee81]

SAlut,

Je ne connaissais pas non plus. Sympa ça. Merci Opabinia.

*mais jusqu'a maintenent on est pas encore trouver l'experience pratiquée pour la mesure des energies d'ionisation
*car, on cherche pourquoi le nombre d'electrons d'un element et egale au nombre des energies d'ionisation pour le meme element

Oui mais ça aide, la loi dit bien "valeur de Z" et Z c'est le nombre d'électrons.

De toute façon, on sait maintenant le faire "facilement", on arrache tous les électrons et on mesure la charge électrique de l'atome, ça te donne directement le nombre d'électrons. On sait faire ce genre de chose depuis longtemps, déjà Millikan avait eut le prix Nobel en 1923 pour avoir réussi à mesurer la charge électrique d'un électron ( https://fr.wikipedia.org/wiki/Exp%C3...le_de_Millikan J'ai toujours trouvé ça impressionnant). Mais actuellement on utiliserait plutôt un spectromètre de masse. C'est devenu assez banal, même moi qui ne suis pas physicien, mais ingénieur, informaticien et fonctionnaire à l'agriculture j'ai eut l'occasion d'en utiliser un On en trouve même à moins de trois mille euros maintenant (mais bon, je ne présume pas de leur qualité vu qu'à coté il y en a de plus de cinquante mille euros !!!!)

Tout ça c'est fait progressivement au cours de l'histoire, avec améliorations, confirmations.... corrections. Au tout début les chimistes (fin dix-huitième, début du dix-neuvième siècle) ont d'abord chercher à classer les éléments en les pesant après avoir essayé de casser les molécules par tous les moyens possibles (dont la calcination). Et il y a eut des erreur (l'oxygène et l'hydrogène moléculaire étaient considérés comme des éléments), corrigés ensuite, de même pour les "trous" comme l'hélium découvert plus tard.... dans le soleil (d'où son nom, découvert grâce à son spectre). Pour le nombre électrons, maintenant, y a plus photo. Mais pour les propriétés chimiques des derniers éléments (Organesson, Tenessine, Moscovium etc...) par exemple, c'est trèèèèès difficile, et on n'a encore que peu d'infos.

La science est un immeuble gigantesque ou chaque scientifique ne pose que quelques pierres

[FC05]

La science est un immeuble gigantesque ou chaque scientifique ne pose que quelques pierres

Et c'est dans ce sens que je trouve la question étrange.
Il y a un nombre de preuves concordantes qui montre qu'il y a autant de protons que d'électrons dans l'atome électriquement neutre.
Vouloir avoir une preuve unique est un non sens.

#### laissons le bénéfice du toute (il se demandait juste comment on fait, la question est légitime). Merci

[astro90]

La première ionisation s'observe au croisement d'un faisceau homocinétique d'atomes (ou éventuellement de molécules) se propageant dans le vide avec un faisceau d'électrons accélérés sous une tension donnée; dès que l'énergie cinétique de ces derniers atteint le seuil (E1), les collisions sont suivies de la séparation d'espèces de charges opposées:
Agaz + e- (projectile) ---> A+gaz + 2 e-
Voir ce lien

oui, merci beaucoup, ca ce que je cherche !!
donc apres ce seuil d'energie cinetique, on observe un decroissement rapide a propos de celle ci.
alors on peut deduire dans ce cas que :
*l'energie cinetique d'electron incident est devenir egale a l'energie potentiel de l'electron de l'atome.
*l'electron de l'atome va absorber toute l'energie d'electron incident (l'atome est devenir ionisé).
*l'electron de l'atome ionisé gagne une energie cinetique presque nul (difference des energies qu'elles sont egales).
# c'est pour cette raison que au cas que le capteur ne detecte aucun electron c'est par ce que:
* l'energie d'electron incident est absorbé par l'electron de l'atome (ionisé) donc ce dernier n'arrive pas a le capteur.
* l'energie cinetique de l'electron libre de l'atome ionisé est nul donc lui aussi n'arrive pas a le capteur.
merci encore
vous pouvez me dire est ce que cette explication est vraie.

[astro90]

oui, merci beaucoup pour ces informations
vraiment, l'experience de Millikan decrir bien comment a ete trouver la charge elementaire.
et grace a ca on peut deduire le nombre d'electron de l'element etudié.
merci encore pour vos reponces (explications).

La science est un immeuble gigantesque ou chaque scientifique ne pose que quelques pierres

le danger là, si la conclusion d'une experience est mal fait. alors tout ce qui est basé sur elle est peut etre faux.
il existe des contradictions dans les theories physiques, peut etre la cause c'est ca (les mauvaises conclusions). comme la dualitée onde-corpuscule.
pour cestte raison que pour un cas flou je cherche l'experience faite pour essayer de comprendre bien et de conclure moi meme.
mes saluts a vous

[Deedee81]

Salut,

le danger là, si la conclusion d'une experience est mal fait. alors tout ce qui est basé sur elle est peut etre faux.

Tout le monde en a conscience sais-tu. Et tout le monde en était déjà conscient avant même que toi ou moi on pousse notre premier pleur à la naissance.
C'est pour ça que les expériences sont étudiées, refaites, réalisées en utilisant plusieurs approches différentes. Des mesures sur des ions il y en a déjà eut des millions, j'espère qu'on n'est quand même pas assez bête pour l'avoir mal fait un million de fois

il existe des contradictions dans les theories physiques, peut etre la cause c'est ca (les mauvaises conclusions). comme la dualitée onde-corpuscule.

Il n'y a aucune contradiction (enfin si, ça peut arriver (*), mais pas où tu crois). En particulier la dualité onde-cospuscule n'est pas une théorie mais une interprétation (de Bohr). La théorie c'est la mécanique quantique et elle ne contient aucune contradiction (la dualité non plus d'ailleurs).

(*) Et on adore ça Quelques exemples :
- Si on essaie avec l'électromagnétisme classique de calculer l'interaction d'un corpuscule chargé avec son propre champ.... on tombe sur des contradictions.
Ces contradictions se manifeste sur des distances minuscules : de l'ordre de la longueur d'onde de Compton. Ce qui montre que : il faut alors passer à la théorie quantique et que la théorie de Maxwell contient en germe la mécanique quantique : ce point peut sembler surprenant, hein ???, dans une théorie classique ? Mais en fait la meilleure description est quantique et la théorie classique n'est qu'une approximation.... donc ce n'est pas si étonnant : la limite de la théorie c'est cette approximation. Même si Maxwell ne pouvait pas le savoir au dix-neuvième siècle.
- La relativité générale conduit à des singularités, il y a même un théorème là-dessus (de Penrose et Hawking) et on sait bien que cela est problématique et qu'il faut passer là aussi au quantique (et là c'est plus difficile, on n'a pas encore pu trancher par l'expérience entre les différentes manières de faire : cordes, boucles, et autres)
- La gravité quantique semi-classique (théorie quantique des champs en espace-temps courbe + relativité générale et tenseur énergie-impulsion = moyenne de l'opérateur quantique) conduit à des contradictions ce qui montre que cette approche est non satisfaisante.
- La théorie quantique des champs appliquée au graviton donne une théorie non renormalisable (impossible d'éliminer toutes les divergences des équations et cela rend la théorie inutile).
Ce n'est pas exhaustif (tout modèle mathématique peut contenir des limites, parfois simplement parce qu'on a simplifié pour ne s'intéresser qu'à un petit domaine d'application. J'ai souvent vu ça en physique du solide).

Mais on peut quand même dire qu'on a de la chance. La relativité restreinte (qui est une des bases de la relativité générale) et la mécanique quantique sont basés sur l'algèbre linéaire (les espaces vectoriels) dont la consistance (l'absence de contradiction) a pu être démontrée (par analyse méta-mathématique, je ne connais pas la démonstration mais on doit pouvoir la trouver). Et ça montre qu'au moins une bonne partie de ce qu'on fait n'est pas débile.

Ceci dit, il est normal, sain, et très bien de se poser des questions. Là tu as raison. De plus l'histoire des sciences c'est souvent passionnant (mais comment trucmuche a trouvé ça ??? ). Mais attention aux préjugés basés sur la vulgarisation de mer.... (y en a beaucoup trop sur internet, hélas) comme "les contradictions de la dualité onde-corpuscule". Apprendre c'est aussi désapprendre. Lors de mon cours de chimie physique à la fac, le prof nous présente le modèle de Bohr, plusieurs heures de cours.... et à la fin : "cette théorie est fausse" Mais inutile ? Non, car elle contient un brin de vérité, est pratique parfois pour visualiser, et pédagogique (c'est plus facile de passer d'abord par là que de plonger tout de suite dans les espaces de Hilbert, les équations différentielles, etc... Quitte à désapprendre un peu)
EDIT tiens c'est amusant mais ça me rappelle cet article que j'ai beaucoup aimé. Je le signale juste pour le plaisir :
https://www.larecherche.fr/1-lintell...ar-linhibition
Il y a même un bouquin récent qui a été publié sur cette approche. Mais je ne l'ai pas lu.