ATOME
Atome et spectroscopie
L'étude des spectres des éléments et des corps composés constitue la source essentielle des informations sur la structure quantique des atomes et des molécules. Cette étude repose sur la détermination de la fréquence des raies spectrales qui correspondent à des transitions entre états quantiques, à quoi s'ajoutent la détermination de l'intensité des raies et la considération des règles de sélection qui déterminent les transitions permises et les transitions interdites.
Dans l' équation de Schrödinger d'un atome formé d'un noyau de Z électrons, de charge Ze et de masse M, l'opérateur hamiltonien a la forme :
Dans le cas le plus simple (celui de l'atome d' hydrogène), cette équation peut être décomposée en deux équations, la première représentant le mouvement libre du centre de masse de l'atome, la seconde :
Dans une équation telle que (8), dont l'hamiltonien possède une symétrie sphérique, on peut séparer la partie de la fonction de Schrödinger qui donne une représentation du groupe des rotations, l'harmonique sphérique Ylm (θ, ϕ) de la partie radiale Rnl (r) qui dépend du potentiel :
Les nombres l et m déterminent respectivement les valeurs propres des opérateurs qui représentent le carré du moment angulaire orbital de l'électron &arL ; :
La condition imposée sur la fonction d'état (9), à savoir qu'elle doit être régulière en tout point et convergente quand r → ∞, de sorte que l'intégrale :
Cette formule est exactement celle (6) qui a été déduite par Bohr au moyen de son modèle, et qui fut vérifiée expérimentalement par Franck et Hertz.
On trouve que l'atome peut subir une transition entre un état défini par les nombres n, l, m et un autre état déterminé par les nombres n′, l′, m′, sous la condition que la variation de l, Δl = l′ — l, soit égale à ± 1 et celle de m, Δm = m′ — m, soit 0, + 1 ou — 1 :
Les valeurs propres de cet opérateur sont précisément de la forme (— 1)l ; (— 1)l est la parité de l'état Ψnlm. La parité d'un état doit donc changer dans une transition permise.
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Écrit par
- José LEITE LOPES : professeur de physique nucléaire, université Louis-Pasteur, directeur du groupe physique théorique et hautes énergies du Centre de recherche nucléaire de Strasbourg
Classification
Pour citer cet article
José LEITE LOPES. ATOME [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )
Médias
Composants de base de l'atome
Encyclopædia Universalis France
Modélisation de l'atome d'uranium
DeAgostini/Getty Images
Max Planck
Hulton Archive/ Getty Images
Autres références
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DESCRIPTION DE L'ATOME
- Écrit par Bernard PIRE
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Ernest Rutherford (1871-1937) propose en 1911 un modèle planétaire de l'atome. L'interprétation des résultats expérimentaux obtenus par ses collaborateurs Hans Geiger et Ernest Marsden sur la déviation violente des rayons α une mince feuille d'or lui permet de comprendre qu'un atome est...
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PARTICULES ÉLÉMENTAIRES
- Écrit par Maurice JACOB, Bernard PIRE
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AGRÉGATS, physico-chimie
- Écrit par Jean FARGES, Rémi JULLIEN
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...nombreuses méthodes physiques utilisées, la spectrométrie de masse est la plus importante. Elle permet en effet de classer les agrégats selon le nombre N d'atomes ou de molécules qu'ils contiennent. Ainsi, les spectres de masses, pour certaines valeurs de N appelées « nombres magiques », font apparaître... -
ALLIAGES
- Écrit par Jean-Claude GACHON
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La seconde voie non expérimentale est celle de la théorie physique de l'état solide.Les atomes interagissent entre eux par l'intermédiaire de leurs couches électroniques externes, lesquelles sont bien décrites par la mécanique quantique. Des modèles des alliages ont été construits pour essayer,... -
BOHR ATOME DE
- Écrit par Bernard PIRE
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Deux ans après avoir soutenu sa thèse sur la théorie électronique des métaux, le physicien danois Niels Bohr (1885-1962) écrit en 1913 trois articles fondamentaux qui révolutionnent la compréhension de la structure de la matière. Le premier, paru le 5 avril dans le Philosophical Magazine...
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Voir aussi
- FRÉQUENCE, physique
- ONDE ou RAYONNEMENT ÉLECTROMAGNÉTIQUE
- ABSORPTION, physique
- ISOTOPES
- POSITONIUM ou POSITRONIUM
- ORBITALES ATOMIQUES
- NOYAU ATOMIQUE
- INTERACTIONS MOLÉCULAIRES
- ÉMISSION, physique
- HAMILTONIEN
- SCHRÖDINGER ÉQUATION DE
- CRISTAL IONIQUE
- AVOGADRO LOI D'
- GAY-LUSSAC LOI DE
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- COVALENTE LIAISON
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- HEISENBERG RELATIONS DE ou RELATIONS D'INCERTITUDE
- COMMUTATION RELATION DE
- RÈGLES DE SÉLECTION, physique
- ÉLECTRONIQUE STRUCTURE
- FRANCK & HERTZ EXPÉRIENCE DE
- RYDBERG FORMULE DE
- PROBABILITÉ DE TRANSITION
- PÉRIODIQUE CLASSIFICATION
- NIVEAU, physique atomique
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- HÉLIUM MUONIQUE
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- AVOGADRO NOMBRE D'
- RYDBERG CONSTANTE DE
- RAIE SPECTRALE
- RUTHERFORD ATOME DE
- DUALITÉ ONDE-CORPUSCULE
- LENNARD-JONES POTENTIEL DE
- PHYSIQUE HISTOIRE DE LA
- SCIENCES HISTOIRE DES
- ÉTAT QUANTIQUE
