Bonjour,
L'atome d'hydrogène a plusieurs orbitales possibles pour son électron.
Un atome d'hydrogène isolé, et loin de tout champ magnétique, pourrait avoir son unique électron sur une orbitale non sphérique ?
Je crois que la réponse est oui... vous confirmez ?
Dans ce cas la forme des orbitales devrait dépendre (aussi) de la structure interne du proton ? Que sait-on à ce sujet ?
Merci.
Science n'est pas mysticisme et mysticisme n'est pas science. Mais on mélange les deux !
Tout est toujours plus complexe qu'on (que je) ne le pense de prime abord.
Oui.Envoyé par curiossss
En plus des effets hyperfins mentionnés par Sethy, une des méthodes pour déterminer le "rayon du proton" (en réalité le rayon de charge, la valeur quadratique moyenne du rayon de la densité de charge du proton) est l'étude d'une transition électronique.
Tous ces effets ne sont jamais présentés comme une "différence de forme" des orbitales électroniques mais j'imagine qu'on peut le présenter comme ça...
Salut,
Tu veux parler d'états excités ? Oui, mais de manière temporaire.
Si tu veux parler de l'effet du proton signalé par coussin, le proton étant sphérique (les quarks ont une amplitude de présence quasi sphérique dedans) ça ne modifie guère la forme. Par contre les effets hyperfins doivent légèrement altérer la forme.
Sans doute parce que l'effet est faible et que les représentations graphiques sont déjà des approximations (il n'y a pas de discontinuité entre "là quelque par" et "jamais là", la densité de probabilité diminue avec la distance assez vite mais pas brutalement).
Curiossss,
On a vite fait le tour, alors petit complément :
Note que les nucléons eux-mêmes ont des orbitales(mais essentiellement limitées au noyau, dans une très petite zone permise du fait que les nucléons sont très massifs, principe d'indétermination oblige).
Elles ont une forme un peu différentes des électrons car ce n'est pas tout à fait la même structure (ce n'est pas un potentiel "central" qui les maintient mais plutôt un potentiel "moyen" de leur voisinage. De plus l'interaction nucléaire est a très courte portée, à peine plus que la taille d'un nucléon). Enfin, on n'a pas de calcul exact (à moins que maintenant avec les supercalculateurs ? A vérifier) mais des modèles plus ou moins précis. Un fréquemment utilisé est le modèle en couche (mais on fait un peu mieux notamment avec les noyaux exotiques ou excités qui peuvent avoir la forme d'une poire, d'un sablier...).
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Les électrons doivent y être pour quelque chose même si leur masse est environ 1836 fois plus petite. Leur agitation (j'ai pas dit orbite) autour du proton ne peut pas le laisser de marbre, puisque le centre de masses ne doit pas bouger... non ?Note que les nucléons eux-mêmes ont des orbitales
Dans ma question initiale je pensais plutôt aux orbitales non uniformes, comme celles de type f par exemple : un électron d'un l'atome isolé d'hydrogène, excité, pourrait occuper une telle orbitale ? J'en doute car je ne vois pas bien comment on pourrait expliquer une telle forme : avec des atomes plus lourds on comprend, les différents électrons se repoussent et ils doivent trouver un mode de cohabitation. Mais dans un atome d'hydrogène il y a un seul électron ! Alors....?
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Salut,
Oui en effet. Un truc qu'on fait toujours le calcul dans le centre de masse et avec la "masse réduite". C'est tellement automatique que je n'y pensais pas
Si tu te places dans le référentiel du proton, ça a forcément un impact sur les orbitales mais la correction est très petite (et ça reste forcément sphérique, il n'y a pas de "brisure de symétrie" pour le coup).
C'est le premier point que j'avais pensé. La réponse est oui, mais peu de temps (l'atome va se désexciter et l'électron revenir dans l'état s).
Là je ne comprend pas bien la question. L'état excité / non sphérique dépend forcément de ce qui l'a mis dans cet état excité. Et ça, ça peut avoir une orientation (par exemple via la conservation du moment cinétique orbital). Une fois isolé ça reste. La forme / orientation là évidemment ne dépend pas d'interactions entre les électrons de l'atome mais de l'interaction entre l'électron et le phénomène qui l'a excité (une collision, un photon absorbé...).
Et si tu dis "oui mais s'il a toujours été isolé". Alors là il ne peut pas être dans cet état. Forcément vu qu'il est éphémère. Mais ce n'est pas pour des questions de symétrie, c'est juste que dans ce cas il n'y avait rien pour l'exciter.
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Ben le fond de mon questionnement est d'essayer de comprendre le pourquoi de ces orbitales.
Je connais l'exemple d'une peau de tambour autour d'une sphère et ses différents modes de vibration. Mais une sphère présuppose une symétrie radiale que le modèle avec des quarks a du mal à laisser entrevoir. C'est pour ça que j'aurais préféré qu'on me réponde que ces orbitales ne pouvaient exister que dans des atomes avec plusieurs protons dans le noyau, donc plusieurs électrons, qui en se repoussant mutuellement auraient abouti à ces orbitales.
Le fait qu'on me dise que même pour un atome d'hydrogène ces orbitales peuvent exister me laisse un peu perplexe. Bien sûr on peut imaginer que l'absorption d'une quantité de mouvement dans une certaine direction pourrait amener un électron à suivre une de ces orbitales s'il en a l'énergie, mais alors pourquoi la forme de ces orbitales ne peut pas être quelconque ? Si elle ne peut pas être quelconque c'est que la raison se trouve dans la structure du proton... Et là je bute à nouveau sur les quarks. Voilà où j'en suis dans mes étonnements.
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Inutile d'introduire les quarks et la structure du proton...
Ces orbitales émergent d'un modèle où le proton est ponctuel. La "forme" de ces orbitales n'a donc rien à voir avec la structure interne du proton.
Le modèle présuppose un noyau ponctuel, mais c'est une vue de mathématicien ça. On sait que le proton n'est pas ponctuel. Il présuppose aussi une symétrie interne au proton ponctuel non ? D'où ma référence aux quarks...
A propos j'en profite pour poser cette question car je n'ai pas trouvé la réponse :
Le modèle permet de prévoir la distance moyenne du proton au niveau d'énergie le plus bas de l'électron ? Comment est fait le calcul ?
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Salut,
Je crois que je comprend un peu mieux.
Ca ne vient pas du noyau. Il se fait que les états de l'électron ne peuvent pas être quelconque, c'est quantifié, en fait c'est comme ton tambour. Dans l'état de base c'est sphérique. Dans le premier état excité aussi. Mais le deuxième état excité (enfin quasi dégénéré mais peu importe) c'est un état p avec un nombre quantique orbital l non nul. L'orbitale a la forme d'un sablier. Et il y a trois orientations possibles (qui dépend du nombre quantique orbitale m) : avec un moment angulaire orbitale non nul.
On peut se demander "pourquoi telle direction". Et là il y a deux points importants (un simple et un compliqué, les deux s'appliquent) :
- Le simple est celui que j'ai donné plus haut. L'électron ne s'est pas retrouvé dans cet état par hasard. Ce n'est pas spontané. L'atome n'a donc pas pu être isolé de toute éternité (sinon il ne serait pas dans cet état, il resterait sphérique). C'est donc qu'il a été excité par (par exemple) un photon (qui est absorbé), ayant une quantité de mouvement avec une certaine direction (et donc un moment angulaire orbital) et un moment angulaire de spin donné. Par conservation, l'électron hérite de ce moment angulaire.
- Le compliqué : reste pourquoi ces trois directions (comme trois axes orthogonaux), pourquoi ces trois là ? Et là, bonjour la mécanique quantique. Prenons un exemple plus simple (enfin, façon de parler) avec une seule direction. Le spin disons de l'électron. Il vaut -1/2 ou 1/2 par rapport à un axe donné (donc "haut/bas", par rapport à l'axe, pas par rapport au sol
Cette étrangeté du comportement quantique est bien expliquée dans le cours de MQ de Feynman. Son analyse du spin (en utilisant le principe de l'expérience de Stern et Gerlach) et des changements de direction. C'est incomplet (pour ça il y a d'autres bouquins). Mais ça a l'avantage d'être :
- extrêmement clair (son livre a fort peu de math et se lit comme un roman, le traitement complet avec théorie des groupes etc est une horreur mathématique, mais bon, faut y passer aussi)
- physiquement très parlant (du moins pour comprendre que "c'est vraiment pas classique" et "comment ça se passe")
l'intégrale de r * |psi|² * d angle solide. On a la fonction d'onde (calculée avec l'équation de Schrödinger), on passe en coordonnées sphériques. Et on intègre la distance fois la (densité de) probabilité en un point donné.
Pour l'état de base c'est même assez simple a calculer (enfin, tant qu'on n'y met pas le spin, la taille du proton etc.... là je pense qu'on le fait par calcul numérique !!!!)
Dernière modification par Deedee81 ; 05/01/2024 à 07h06.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Merci pour les réponses.
J'essayerai de trouver les explications de Feynman pour essayer de comprendre plutôt que de croire. Et aussi cette histoire de structure fine et hyperfine des orbitales.
La bonne nouvelle c'est qu'on peut être sûrs d'une chose : si c'est comme ça c'est que c'est logique (pas forcément simple) donc on finira bien un jour par reconstruire le puzzle (si l'Histoire nous laisse un peu de temps).
Je ne comprends pas : on part du principe qu'on veut déduire cette distance (a0 = distance proton-électron), donc on ne peut pas l'utiliser en entrée des calculs... (dans l'intégration)...
Science n'est pas mysticisme et mysticisme n'est pas science. Mais on mélange les deux !
Quand tu veux calculer la taille moyenne d'une population, tu fais la somme des tailles et tu divises par le nombre d'individus.
Idem avec la distance moyenne (sauf que c'est une intégrale vu que c'est continu)
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Je vois ce que tu veux dire.
Mais les valeurs sur lesquelles tu appliques l'intégrale sont le résultat de mesures expérimentales, ou bien sont-elles directement déduites par la théorie (c'est à dire : la théorie n'a pas pris la valeur a0 mesurée expérimentalement comme paramètre libre 'pour que ça colle')
Je pose la question parce que déjà l'atome de Bohr utilisait cette valeur a0, mais issue de l'expérimentation.
Dernière modification par curiossss ; 05/01/2024 à 18h10.
Science n'est pas mysticisme et mysticisme n'est pas science. Mais on mélange les deux !
L'orbitale électronique est, comme on le sait, une densité de probabilité.
Ainsi, la valeur moyenne de la distance de l'électron au proton est.
Le valeur quadratique moyenne est
Et étant donné l'expression de
Une fois qu'on a identifié
Désolé !
Pris d'un doute je suis allé vérifier que a0 était issu de mesures expérimentales dans l'atome de Bohr.
Eh bien non, il est déduit par la formule a0 = (constante de planck)^2 / m.e^2
Donc il est bien déduit.
C'est dingue. Je suis sûr avoir lu que pour l'atome de Bohr a0 n'était pas déduit, et qu'il était issu d'une mesure expérimentale. Mea culpa, il faut vérifier mille fois toute information.
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L'atome de Bohr essayait d'expliquer les raies spectrales, s'il y a des données expérimentales ce sont elles.
Pour ce qui est de la valeur expérimentale de a0, à quelle mesure/expérience faites-vous allusion.
EDIT : j'arrive après la bataille.
Traumatisé par l'idée que j'avais lu une fausse information, j'ai continué mon enquête, et je crois savoir d'où vient la confusion :
On a effectivement a0 = hbarre^2 / m.e^2 (avec hbarre = cte de Planck)
Mais on a aussi : hbarre^2 / e^2 = 1 / (c Csf) (avec Csf = Constante de structure fine)
donc a0 = 1 / (m c Csf)
et comme Csf on ne sait pas la déduire mais uniquement la mesurer je crois que l'affirmation venait de là.
Bon, bref, on a fait le tour du sujet je crois... Merci à tous.
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