Coloration de flammes

Applications

Substances chimiques utilisées

Tubes à décharge (Entladungslampen)

Spectres d‘émission et d‘absorption

http://www.ostralo.net/3_animations/swf/spectres_abs_em.swf

http://jersey.uoregon.edu/elements/Elements.html

Le spectre de la lumière blanche

CollimateurPrisme

Film enregistreur

CollimateurPrisme

Film enregistreur

Les spectres d‘émission

Gaz chauffé

CollimateurPrisme

Filmenregistreur

Gaz chauffé

CollimateurPrisme

Film Gaz chauffé

CollimateurPrisme

Filmenregistreur

Les spectres d‘absorption

Film enregistreur

CollimateurPrisme

Film enregistreur

CollimateurPrisme

Film enregistreur

CollimateurPrisme

Le modèle de Bohr

Niels Bohr, physicien danois,

prix Nobel en 1922

Rappel: Le modèle de Bohr

noyau atomique

enveloppe de l‘atome

protonschargéspositivement

neutronsélectriquementneutres

Le modèle de Bohr

noyau enveloppe de l‘atome

protonschargéspositivement

neutronsélectriquementneutres

Couche K

chargés négativement

électrons

couche L

couche M

Le modèle de Bohr

Nombre maximal d‘électronsde la couche n = 2 * n 2

Couche Numéro couche n 2n2 Nombre d‘électrons max

K 1 = 2 * 1 2 2L 2 = 2 * 2 2 8M 3 = 2 * 3 2 18N 4 = 2 * 4 2 32O 5 = 2 * 5 2 50P 6 = 2 * 6 2 72Q 7 = 2 * 7 2 98

Exemple: Modèle de Bohr de Al

Al2713

27 nucléons

Dont 13 protons, donc aussi 13 électrons pour garantir l‘électroneutralité.

14 neutrons

-

1314

Couche K max. 2 e-

Couche L max. 8 e-

Couche M:Il reste 3 e- à placer

La couche M est la couche de valence

Buts du modèle de Bohr

Le modèle de Bohr permet d‘expliquer les spectres de raies et de calculer les longueurs d‘onde des raies pour des atomes très simples.

Postulats de Bohr

Seulement des orbites bien définies sont permises à la circulation de l’électron

Postulats de Bohr

A chaque orbite correspond un niveau énergétique bien défini; aussi longtemps que l’électron séjourne sur une orbite déterminée, son énergie reste constante

Postulats de Bohr

En sautant d’une orbite sur une autre, l’électron échange avec le milieu ambiant la différence en énergie entre les niveaux énergétiques

Application

Le modèle de Bohr permet d’expliquer le spectre d’émission et d’absorption de l’atome d ’hydrogène

http://www.physics.uoguelph.ca/applets/Intro_physics/kisalev/java/atomphoton/index.html

http://www.colorado.edu/physics/2000/quantumzone/bohr.html

E1

E2

E3

E4

E

L’électron se trouve dans l’état fondamental

Absorption

excitation

chaleur, lumière,décharge électriqueE1

E2

E3

E4

E

L’électron se trouve dans l’état fondamental

Absorption

E1

E2

E3

E4

E

L’électron se trouve dansun état excité

excitation

chaleur, lumière,décharge électriqueE1

E2

E3

E4

E

L’électron se trouve dans l’état fondamental

Absorption

excitation

chaleur, lumière,décharge électriqueE1

E2

E3

E4

E

L’électron se trouve dans l’état fondamental

E1

E2

E3

E4

E

L’électron se trouve dansun état excité

E

Energie reçue par l’électron: E = E4 - E1 > 0

Absorption

E1

E2

E3

E4

E

L’électron se trouve dansun état excité

Emission

E1

E2

E3

E4

E

L’électron se trouve dansun état excité

désexcitation

émission de lumière

Emission

E1

E2

E3

E4

E

L’électron retourne dans l’état fondamental

E1

E2

E3

E4

E

L’électron se trouve dansun état excité

désexcitation

émission de lumière

Emission

E1

E2

E3

E4

E

L’électron retourne dans l’état fondamental

E1

E2

E3

E4

E

L’électron se trouve dansun état excité

désexcitation

émission de lumière

E

Energie cédée sous forme de lumière: E = E1 - E4 < 0

Emission

Simulation: Le modèle de Bohr de H

http://www.walter-fendt.de/ph11f/bohrh_f.htm

Niveaux énergétiques pour H

http://phys.educ.ksu.edu/vqm/free/h2spec.html

Spectroscopie d‘absorption

Inversion de population

LASER

http://www.physics.uoguelph.ca/applets/Intro_physics/kisalev/java/laser/index.html

Limites du modèle de Bohr

Le principe d’incertitude de Heisenberg

Limites du modèle de Bohr

L’énergie des orbites pour des atomes qui comportent plus d’un électron ne peut pas être calculée.

Si l’échantillon est placé dans un champ magnétique, son spectre d’émission présente de nombreuses raies qui ne peuvent pas être expliquées par le modèle de Bohr.

Le principe d’incertitude de Heisenberg

Le principe d’incertitude de Heisenberg interdit de connaître avec précision à la fois la position et la vitesse d’une particule de faible masse

Relation entre l’incertitude sur la position et sur la vitesse d’une particule:

m

hvx

4

Application numérique

m

hvx

4

Si on admet une incertitude de 1000 m/s sur la vitesse de l‘électron, calculer l‘incertitude sur sa position.

Solution

8

1331

34

13

31

1079,5

101011,94

10624,6

4

4

10

1011,9)(

x

smkg

sJx

vm

hx

m

hvx

smv

kgem

Pour connaître la position d‘un électron dans un atome, il faut le préciser à au moins à 10-11 m près, comme le rayon de l‘atome est de l‘ordre 10-10 m.

Or selon le principe d‘incertitude de Heisenberg, on ne peut avoir une meilleure précision que 10-8.

Limites du modèle de Bohr

Dans le domaine de l’infiniment petit, il est impossible d’accéder « par principe » à un certain nombre d’informations.

Tout ce qu’on ne connaît pas par principe n’a aucune signification scientifique.Il faut développer un nouveau modèle atomique dans lequel on tient compte du fait que l’on ne peut pas localiser l’électron sur une orbite bien définie. =>Introduction du nuage électronique.