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Chapitre2:Atomistique PCSI3
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DOCUMENTDECOURSCHAPITRE2:ATOMISTIQUEDOCUMENT1:CARACTERISTIQUESDEL’ATOMEETDESESCONSTITUANTS
Rayon Masse Charge
Atome ≈10-10m ≈Axmn neutre
Noyau ≈10-14m =Axmn chargépositivement(+Ze)
Nombre
Nucléon
s(A) Neutrons A–Z ≈10-15m mn≈10-27kg neutre
Protons Z ≈10-15m mn≈10-27kg e=+1,6.10-19C
Electrons Z ≈10-15m me≈10-31kg -e=-1,6.10-19C
Rappel 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15
préfixe milli micro nano pico femto
DOCUMENT2:ISOTOPESA)ABONDANCESISOTOPIQUESDEQUELQUESELEMENTS
B)DIAGRAMMEDESEGRE:ISOTOPESSTABLES,ISOTOPESRADIOACTIFS
Elément Numéroatomique
Isotope Abondancenaturelle
Commentaire
Hydrogène 11H 99,99% 2H 0,01% Appelédeutérium(parfoisnotéD)
Carbone 6
12C 98,9% 13C 1,1% UtilepourlaRMNducarbone14C Traces Radioactif.Utilisépourladatationdelamatièreorganique.
Oxygène 8
16O 99.76% 17O 0.038% UtilisableenRMN18O 0.20% Utiliséenimageriemédicale.
Uranium 92
234U 0,0056% Radioactif.235U 0,720% Radioactif.Utilisédanslesréacteursnucléaires.Onaugmentesa
proportiondansl’uraniumenrichi.238U 99,2745% Radioactif.
=A-Z
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DOCUMENT3:LALUMIERE(RAPPELSDETS)Ilexistedeuxdescriptionscomplémentairesdurayonnementlumineux.
LEMODELEONDULATOIRE:Lalumièreestdécriteparuneondeélectromagnétiqueprogressivepériodiquecaractériséepar:
• Sacélérité(c=3,00.108m.s-1danslevide)• Safréquenceν(enHz)• Salongueurd’ondeλ(enm)
Cestroisvaleurssontliéesparlaformule:
𝜆 =𝑐𝜈
Selon sa longueur d’onde, un rayonnement peut appartenir à différents domaines du spectre électromagnétique(dontlalumièrevisibleneconstituequ’uneinfimepartie):
LEMODELECORPUSCULAIRE:Un rayonnement de fréquence ν est composé de photons, particules demasse nulle et d’énergie donnée par laformule:
𝐸&'()(* = ℎ𝜈 = ℎ𝑐𝜆𝑎𝑣𝑒𝑐
𝐸&'()(*𝑙1é𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒𝑑𝑢𝑝ℎ𝑜𝑡𝑜𝑛𝑒𝑛𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒ℎ = 6,62. 10CDE𝐽. 𝑠𝑙𝑎𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑑𝑒𝑃𝑙𝑎𝑛𝑐𝑘
𝜈𝑙𝑎𝑓𝑟é𝑞𝑢𝑒𝑛𝑐𝑒𝑒𝑛𝐻𝑧𝑐 = 3,00. 10N𝑚. 𝑠CP𝑐é𝑙é𝑟𝑖𝑡é𝑑𝑒𝑙𝑎𝑙𝑢𝑚𝑖è𝑟𝑒
𝜆𝑙𝑎𝑙𝑜𝑛𝑔𝑒𝑢𝑟𝑑1𝑜𝑛𝑑𝑒𝑒𝑛𝑚
Pluslafréquenceestgrande,pluslalongueurd’ondeestfaibleetplusl’énergiedurayonnementestgrande.
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DOCUMENT4:SPECTRESATOMIQUESL’ensemble des longueurs d’onde, ou fréquences, qu’un atome peutémettre après excitation forme son spectred’émission.L’ensembledeslongueursd’onde,oufréquences,qu’unatomepeutabsorberlorsqu’ilestsoumisàunrayonnementformesonspectred’absorption.
Le spectre d’émission est un spectre de raies: seulescertaineslongueursd’ondesontémises.
Le spectred’absorptionest un spectrede raies: seulescertaines longueursd’ondesontabsorbées.Onobservealors des raies noires, correspondants aux longueursd’ondes absorbées, sur le spectre de la lumière qui atraverséel’échantillon.
DOCUMENT5:NOMBRESQUANTIQUESETNOMENCLATUREDESORBITALESATOMIQUES(OA)ACONNAITRE
Nombrequantiqueprincipaln
Nombrequantiquesecondairel
Nombrequantiquemagnétiqueml
nombreentierstrictementpositif(1,2,3…)
nombreentiertelque:0≤l≤n-1
doncnvaleursdel possiblespourchaquevaleurden
pourchaquevaleurdel ,mlestunentierrelatiftelque:
-l ≤ ml ≤ + l
donc(2l+1)valeursdemlpossiblespourchaquevaleurdel
ndésignelacoucheàlaquelleappartient
l’orbitale
ldésignelasous-coucheàlaquelleappartientl’orbitale mlcaractérisel’orientationde
l’orbitalencaractériselatailledel’orbitale:l’électrond’autantplusloindu
noyauquenestgrand
lcaractériselaformedel’orbitale
Ladonnéede(n,l,ml)définituneorbitaleatomiqueψn,l,ml.
Obtentiond’unspectred’absorption Obtentiond’unspectred’émissionOnfaitpasserdelalumièreàtraversunéchantillonetondécomposelalumièreensortied’échantillonàl’aided’un
prismeoud’unréseau.
Onexciteunéchantillon(parexemplegrâceàunedéchargeélectrique)etondécomposelalumièreémise
lorsdeladésexcitation.
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NomenclaturedesOA:
Chaquevaleurdelestassociéeàunelettredel’alphabet:
valeurdel 0 1 2 3 4
lettre s p d f g
…puisonsuitl’alphabet(l=5àh…)
Nomd’uneorbitaleatomique:nombrequantiqueprincipaln+lettrecorrespondantàlavaleurdel(lavaleurdeml
peutfigurerenindicemaisestleplussouventomise).Voirexemplesdanslecours.
DOCUMENT6:ENERGIEDESOAPOURL’ATOMED’HYDROGENE
a) Diagrammeénergétique
n=4...
K
L
M
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b) Lienaveclespectred’émissiondel’hydrogène(voirTD)
DOCUMENT7:ENERGIEDESOAPOURLESATOMESPOLYELECTRONIQUES
DOCUMENT8:TROISREGLESDEREMPLISSAGEELECTRONIQUEACONNAITRE
a) Principed’exclusiondePauli
Deuxélectronsd’unmêmeatomenepeuventpasêtredécritparlemêmequadrupletdenombresquantiques(n,l,ml,ms).
b) RègledeKlechkowski
Danslaconfigurationélectroniquefondamentale,lesorbitalessontrempliesparvaleursde(n+ l)croissantesetpourunemêmevaleurde(n+ l),parvaleursdencroissantes.
CetordrederemplissagecorrespondenvironàunremplissagedesOAparénergiecroissante.
c) RègledeHund
Pourlasous-coucheencoursderemplissage,laconfigurationdeplusbasseénergieestobtenuelorsquelesélectronsoccupentleplusd’OAavecdesspinsparallèles(mêmevaleurdems).
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DOCUMENT9:PROPRIETESMAGNETIQUESDESATOMESS’il possède au moins un électron non apparié (dit célibataire), l’atome est dit paramagnétique. Les composésparamagnétiquessontfortementinfluencésparunchampmagnétiqueextérieur.Exemple: L’espèce contenuedans le tube est paramagnétique, elle est attirée vers l’entrefer de l’aimant (là où lechampmagnétiqueestleplusfort.
Si tous les électrons sont appariés (toutes les sous-couches sont complètes), l’atome est ditdiamagnétique. Lescomposésdiamagnétiquessontpeusensiblesàl’applicationd’unchampmagnétiqueextérieur.Exemple: L’espèce contenue dans le tube est diamagnétique, il n’y a pas d’attraction vers l’aimant, même si onrapprochecelui-cidutube(letubeestenfaitlégèrementrepoussé,maisl’effetestfaible).
DOCUMENT10:ELECTRONSDECŒURETELECTRONSDEVALENCE
Lesélectronsdevalencesontceuxquioccupentlescouchesdeplusgrandnetlessous-couchesencoursderemplissage.
Cesontlesélectronslesplushautsenénergiedonclesplusaccessibles.Cesontceuxquipermettrontlaformationdeliaisonschimiquesetceuxquiserontmisenjeudanslesréactionschimiques.Lespropriétéschimiquesdel’atomesontdictéesparlesélectronsdevalence.
Lesélectronsdecœursontquioccupenttouteslesautresorbitalesatomiques.
Cesontdesélectronsbasenénergie,difficilementaccessibles.
L’explicationenvidéo:
https://www.youtube.com/watch?v=u36QpPvEh2c