Fiche de révision : Structure et modèles de l’atome

📋 Plan du Cours

1. Ordres de grandeur et densité atomique
2. Expériences historiques sur l’atome
3. Constituants et propriétés de l’atome
4. Quantification et modèle de Bohr
5. Dualité onde-corpuscule
6. Modèle ondulatoire et densité électronique

📖 1. Ordres de grandeur et densité atomique

★ À maîtriser

• Un angström vaut $1\,\text{Å}=10^{-10}\,\text{m}$.

• La densité atomique est le nombre d’atomes rapporté au volume ou à la surface considérée, selon que l’espace est tridimensionnel ou bidimensionnel.

Compléments

• Dans l’exemple bidimensionnel de côté 2 nm, la densité atomique indiquée est 4 nm⁻², soit 0,04 Å⁻².

• Dans l’exemple tridimensionnel de côté 5 nm, la densité atomique indiquée est 0,216 nm⁻³.

📖 2. Expériences historiques sur l’atome

★ À maîtriser

• Les expériences de décharge dans un gaz à basse pression mettent en évidence des rayons cathodiques associés à l’électron, quelle que soit la nature du gaz ou de la plaque métallique utilisée.

• Les expériences attribuées à Robert Millikan sur des gouttelettes d’huile accélérées par un champ électrique déterminent la charge de l’électron et, par conséquent, sa masse.

• En 1911, Ernest Rutherford interprète l’expérience de la feuille d’or comme montrant que la charge positive et l’essentiel de la masse sont concentrés dans un noyau très petit.

Compléments

• Dans l’expérience de la feuille d’or, la plupart des particules alpha traversent la feuille sans déviation ou avec une faible déviation, tandis que quelques-unes sont réfléchies.

💡 Astuce mémo

Gaz ionisé → gouttelettes d’huile → feuille d’or : électron, charge, noyau.

📖 3. Constituants et propriétés de l’atome

🔑 Notions clés & Définitions

• Numéro atomique : Le numéro atomique $Z$ est le nombre de protons du noyau et détermine la place de l’élément dans la classification périodique.
• Nombre de masse : Le nombre de masse $A$ est le nombre total de protons et de neutrons du noyau.

★ À maîtriser

• Un atome comprend un noyau et au moins un électron ; un atome neutre possède autant d’électrons que de protons, un cation présente un déficit d’électrons et un anion un excès d’électrons.

• Le noyau est environ $10^{5}$ fois plus petit que l’atome, dont la dimension est de l’ordre de $10^{-10}\,\text{m}$ contre $10^{-15}\,\text{m}$ pour le noyau.

Compléments

• Les protons portent une charge $+1{,}602\times10^{-19}\,\text{C}$ et ont une masse de $1{,}672\times10^{-27}\,\text{kg}$ ; les neutrons sont neutres et ont une masse de $1{,}675\times10^{-27}\,\text{kg}$.

• L’électron porte une charge $-1{,}602\times10^{-19}\,\text{C}$ et sa masse est 1836 fois inférieure à celle du proton.

💡 Astuce mémo

Le noyau concentre la masse ; les électrons déterminent la dimension atomique.

📖 4. Quantification et modèle de Bohr

🔑 Notions clés & Définitions

• Quantification de Bohr : Niels Bohr - La quantification de Bohr impose que le moment cinétique de l’électron ne prenne que certaines valeurs déterminées par un nombre quantique $n$.

★ À maîtriser

• Dans le modèle de Bohr présenté en 1913, l’électron de l’atome d’hydrogène ou d’un ion hydrogénoïde suit une orbite circulaire à distance fixe du noyau. - Niels Bohr

• Dans le modèle de Bohr, chaque niveau d’énergie correspond à une valeur particulière de l’énergie de l’électron et à une orbite déterminée.

Compléments

• Pour l’atome d’hydrogène, le modèle indique les niveaux $-13{,}6\,\text{eV}$ pour $n=1$ et $-3{,}4\,\text{eV}$ pour $n=2$, puis le seuil $0\,\text{eV}$.

📖 5. Dualité onde-corpuscule

📝 Points essentiels

• En 1924, Louis de Broglie propose la dualité onde-corpuscule pour décrire l’électron.

• Dans l’expérience des fentes de Young, le passage d’électrons donne des franges d’interférences sur l’écran.

💡 Astuce mémo

Les particules ont des trajectoires ; les ondes produisent des interférences.

📖 6. Modèle ondulatoire et densité électronique

🔑 Notions clés & Définitions

• Densité électronique : La probabilité de présence de l’électron exprimée par unité de volume.

★ À maîtriser

• En 1926, Erwin Schrödinger développe le modèle ondulatoire de l’atome, dans lequel la notion classique de trajectoire de l’électron disparaît.

Compléments

• La fonction d’onde $\Psi$ contient, à un instant donné, toutes les informations relatives à l’état de l’électron.

• L’équation de Schrödinger décrit l’électron à l’aide d’une énergie cinétique liée à son déplacement et d’une énergie potentielle liée à son attraction par le noyau.