Les atomes.

Chimie

Chimie structurale

Chapitre 1

Les atomes

        I-Les constituants de l’atomes

Notations

[pic 1]

X : élément considéré

Z : nombre de protons (et d’électrons)

numéro atomique

N : nombre de neutron

A : nombre de masse (A = Z + N)

q : nombre de charge

Notion d’élément

Un élément est caractérisé par son nom (X) ou son numéro atomique (Z)

Ainsi l’élément C (carbone) est l’élément 6

Notion d’isotope

Pour un numéro atomique donné, un isotope est caractérisé par son nombre de masse (chaque isotope est un nucléide)

14C possède donc 2 neutrons de plus que 12C

Notion d’ion

Un ion est une entité chargée, on distingue

les cations : chargés positivement (perte d’électron)

les anions : chargés négativement (gain d’électron

Caractéristiques de l’électron

masse : m = 9,1094.10-31 kg

charge: -e = -1.60218.10-19 C

Caractéristiques du proton et du neutron

masse proton: 1.6726.10-27 kg                                                                        masse neutron : 1.6749.10-27 kg

charge proton : 1.60218.10-19C                                                                         charge neutron : 0

Définition : la mole                                                                                  Nombre d’atomes de carbone dans 12g de 12C

1 mole regroupe 6,022 1023 particules

Définition : unité de masse atomique                                                                     La masse atomique relative de 12C vaut 12 uma

La valeur absolue de l’uma est 1,660.10-24g

Définition : unité de charge atomique

On considère que la référence est la charge de l’électron.

Un cation monovalent aura une charge de +1.

Le principe d’incertitude d’Heisenberg

[pic 2]

On ne peut connaître avec précision la position et la quantité de mouvement d’un corpuscule avec précision

Dans le cas où la masse est constante

[pic 3]

Application à l’électron

Rayon d’un atome : ≈ 1 Å = 1.10-10                                                                  Vitesse d’un électron : v ≈ 2,2.106 m.s-1                                                                    On considère que pour que l’électron soit dans l’atome, on doit connaître sa position à 0.005 nm près (5-10% d’erreur)

[pic 4]

Δv ≥ h A.N. : Dv ≥ 2,32.107 m.s-1

On ne peut plus parler de trajectoire; on introduit la notion de probabilité de présence

                                                                                                                         A un instant donné, une indétermination naturelle empêche toute prédiction quant à la position et la quantité de mouvement mais on peut donc accéder à la probabilité de

trouver la particule en un point donné de l'espace

Notion de fonction d’onde

Au lieu de parler de la position des particules on introduit une fonction mathématique qui permet d'accéder à la fonction de distribution de leurs positions possibles : c'est

la fonction d'onde.

On la note généralement : Ψ(x,y,z,t)

Elle doit être continue et dérivable

II - Nombres quantiques et orbitales atomiques

Spectre de raies de l’hydrogène. Transitions d’états Les énergies[pic 5]

L’énergie d’un atome dans le champ d’un noyau est négative.

Spectre de raies de l’hydrogène. Transitions d’états[pic 6]

Les énergies sont quantifiées

Les différents niveaux nous donne des portions d’espace où se trouve le noyau.

Atome d’hydrogène

D’une façon générale    [pic 7]

Extension des résultats aux atomes hydrogénoïdes

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