Fiche de révision : De l’atome à la liaison

📋 Plan du Cours

1. Structure et constitution de l’atome
2. Limites du modèle de Rutherford
3. Lumière et quantification de l’énergie
4. Spectres atomiques et transitions
5. Spectre de l’hydrogène
6. Modèle quantifié de Bohr

📖 1. Structure et constitution de l’atome

🔑 Notions clés & Définitions

• Atome : Constitué d’un noyau et d’un cortège électronique extérieur, dont les électrons périphériques déterminent le comportement chimique et les liaisons.

★ À maîtriser

📐 Formule — Le nombre de nucléons vérifie $A=Z+N$, où Z est le nombre de protons et N le nombre de neutrons.

• Les électrons de valence sont les électrons périphériques dont l’acquisition ou la perte peut modifier fortement la réactivité et les propriétés périodiques d’un atome.

Compléments

• L’électron porte une charge de -1,6.10^-19 C et une masse de 9,110.10^-31 kg, tandis que le proton porte une charge de +1,6.10^-19 C et une masse de 1,6727.10^-27 kg.

💡 Astuce mémo

Noyau massif au centre, cortège électronique presque tout autour

📖 2. Limites du modèle de Rutherford

★ À maîtriser

• En 1911, Rutherford propose un modèle planétaire où les électrons négatifs orbitent autour d’un noyau positif sous l’effet de l’attraction électrostatique.

📌 Le modèle de Rutherford est instable et ne peut expliquer les raies spectrales, car aucune valeur discrète du rayon ou de l’énergie n’y est imposée.

Compléments

📐 Formule — Dans le modèle planétaire, l’énergie mécanique de l’électron varie continûment selon $E=-\frac{1}{2}\frac{Ke^2}{r}$.

💡 Astuce mémo

Orbite classique continue → atome instable et spectres inexplicables

📖 3. Lumière et quantification de l’énergie

🔑 Notions clés & Définitions

• Rayonnement électromagnétique : Une onde composée d’un champ électrique et d’un champ magnétique, se propageant à la vitesse c = 2.998.10^8 m/s.

📝 Points essentiels

📐 Formule — L’énergie d’un photon est donnée par $\Delta E=h\nu$, où h est la constante de Planck et ν la fréquence du rayonnement.

• Planck a interprété le rayonnement du corps noir en 1900 et Einstein a interprété l’effet photoélectrique en 1905 en introduisant des échanges d’énergie par photons.

💡 Astuce mémo

Onde pour se propager, photon pour échanger l’énergie

📖 4. Spectres atomiques et transitions

🔑 Notions clés & Définitions

• Spectroscopie : L’analyse du rayonnement électromagnétique émis, absorbé ou diffusé par les molécules.

📝 Points essentiels

📌 Les atomes ou ions monoatomiques produisent des raies monochromatiques discrètes caractéristiques, tandis que les liaisons entre atomes dans les molécules contribuent à un spectre continu ou de bandes.

• Lors d’une absorption, un atome reçoit un photon et passe d’un niveau E à un niveau excité E* ; lors d’une émission, il revient vers un niveau moins énergétique en émettant un photon.

💡 Astuce mémo

Absorption → état excité → émission d’un photon

📖 5. Spectre de l’hydrogène

★ À maîtriser

📐 Formule — La relation de Ritz pour l’hydrogène est $\frac{1}{\lambda}=R_H\left(\frac{1}{n^2}-\frac{1}{p^2}\right)$, avec $R_H=1{,}09677.10^7\ m^{-1}$ et p > n.

• Dans le visible, la série de Balmer de l’hydrogène comporte quatre raies principales de longueurs d’onde 410 nm, 434 nm, 486 nm et 656 nm.

Compléments

• Les principales séries spectrales de l’hydrogène sont:
  • Lyman dans l’ultraviolet
  • Balmer dans le visible et l’ultraviolet
  • Paschen dans l’infrarouge
  • Brackett dans l’infrarouge
  • Pfund dans l’infrarouge

💡 Astuce mémo

L-B-P-B-P : Lyman, Balmer, Paschen, Brackett, Pfund

📖 6. Modèle quantifié de Bohr

🔑 Notions clés & Définitions

• Modèle de Bohr : Bohr, 1913 — Stipule que, dans un atome ou ion à un électron, l’électron ne peut occuper que des orbites stationnaires privilégiées auxquelles correspondent des niveaux d’énergie quantifiés.
• Hydrogénoïde : Un atome ou un ion qui ne possède qu’un seul électron, comme H, He+ ou Li2+.

📝 Points essentiels

📐 Formule — La condition de quantification du moment cinétique orbital est $L=m_evr=\frac{nh}{2\pi}$, avec n entier positif non nul.

📐 Formule — Pour un hydrogénoïde, les niveaux d’énergie sont $E_n=-\frac{Z^2R_y}{n^2}$, soit $E_n=-13{,}6\frac{Z^2}{n^2}\ eV$.

• Un électron absorbe de l’énergie pour passer vers un niveau supérieur et émet un photon lorsqu’il redescend vers un niveau inférieur.

💡 Astuce mémo

Quantification des orbites → niveaux d’énergie discrets → raies spectrales

📊 Tableaux de synthèse

Modèles atomiques