Patrick CHAQUIN Laboratoire de Chimie Théorique UMPC (site d’Ivry) 01 44 27 36 72 (rare)

1. Patrick CHAQUIN Laboratoire de Chimie Théorique UMPC (site d’Ivry) 01 44 27 36 72 (rare) 01 44 27 21 69 (plus souvent) chaquin@lct.jussieu.fr (le mieux)

2. Les « rayons cathodiques » : découverte des électrons

3. Expérience de Rutherford : la matière est concentrée sous la forme de « noyaux » chargés positivement

4. Constituants de l’atome Noyau A nucléons Z protons : masse mp charge e (A – Z) neutrons : masse mn charge 0 Électrons masse m charge -e mp≈ mn= 1,67 10-27 kg ≈ 1800 m m = 9,11 10-31 kg e = 1,60 10-19 C (coulomb)

5. Symbole chimique Nombre de nucléons Nombre de protons Z définit l’élément de symbole X Z et A définissent un nucléide Deux nucléides (Z, A) et (Z, A’) sont isotopes

6. Radioactivité Emission a Emission b (+/-) b- : un neutron est transfomé en proton : n  p+ + e- b+ : un proton est transfomé en neutron : p+  n + e+ Emission g Noyau « excité »  noyau « fondamental »

7. Quantité de matière ; la mole Nombre N d’atomes contenus dans 0,012 kg (12 g) de carbone 0,012 Nombred’Avogadro N = = 6,022 1023 12 u (kg) N particules d’une espèce donnée (atome, molécule, ion …) contiennent une quantité de matière n = 1 mol de cette espèce. Un nombre N quelconque de particules contient N NA = 6,022 1023 mol-1 moles n = Constanted’Avogadro NA

8. Modèle de Rutherford de l’atome d’hydrogène v m -e +e F r

9. hnmax

10. Energie de H Atome réel Modèle de Rutherford hnmax

11. Origine des « séries » du spectre d’émission de H n  n = 3 n = 2 n = 1

13. Nombres quantiques atomiques • n = 1, 2, ….∞ nombre principal (couche) • l= 0, 1, 2, …n-1 ; secondaire (sous-couche) • ml = [-l, +l] ; magnétique (ou m) n, l, ml « case quantique »

14. l 0 (s) 1 (p) 2 (d) 3 (f) En n ml 0 -1 0 +1 -2 -1 0 +1 +2 -3 -2 -1 0 +1+2 +3 4 4s 4p 4d 4f ml -2 -1 0 +1 +2 0 -1 0 +1 3 3s 3p 3d 0 ml -1 0 +1 2 2s 2p ml 0 1 1s

15. Le nombre quantique l et propriétés magnétiques associées « aiguille aimantée » Aimantation proportionelle à l l

16. Le nombre ml. Modification du spectre sous l’action d’un champ magnétique B Champ magnétique B B = 0 B ml = 1 ml = -1 n = 2, l =1 ml = 0 l = 1 ml = 0 ml = 1 ml = -1 n = 1, l = 0

17. Le spin. Propriétés magnétiques intrinsèques de l’électron ms= 1/2 « aiguille aimantée » Spin s ms= -1/2

18. l 0 (s) 1 (p) 2 (d) 3 (f) En n ml 0 -1 0 +1 -2 -1 0 +1 +2 -3 -2 -1 0 +1+2 +3 4 4s 4p 4d 4f ml -2 -1 0 +1 +2 0 -1 0 +1 3 3s 3p 3d 0 ml -1 0 +1 2 2s 2p ml 0 1 1s ms = 1/2 ms = - 1/2

19. Electron 1s l = 0 ; m = 0 Simulation de la superposition de « photographies » d’un électron 1s

20. Electron 2pz l = 1 ; m = 0 z Simulation de la superposition de « photographies » d’un électron 2p

21. Courbes d’isodensités électroniques de l’atome d’hydrogène 1s 2p 2s

22. Electron 1s l = 0 ; m = 0 « Volume de localisation principale» d’un électron 1s

23. Electron 2pz l = 1 ; m = 0 z « Volume de localisation principale» d’un électron 2pz

24. 2s 2px 2py 2pz Volumes de localisation calculés 1s

25. Représentation conventionnelle des orbitales de la couche n = 2 n est lié à la « taille » du volume de localisation l est lié à sa « forme » mlest lié à son orientation spatiale Noir/blanc signifie changement de signe de Y(x,y,z)

26. L’intensité lumineuse I selon les aspects corpusculaire et ondulatoire A B NA photons/s/m2 NB photons/s/m2 IANA IBNB E = E0(A) cos(wt + f) E = E0(B) cos(wt + f) IAE0(A)2 IB E0(B)2 E0(X)2 traduit la densité de photons en X et la densité de probabilité d’un photon unique

27. Analogie formelle photon-particule matérielle (électron) : double aspect corpusculaire/ondulatoire densité de probabilité en un point M(x,y,z) corpuscule onde E = hn (énergie) photon m, v électron champ électrique, toujours > 0 Limite de l’analogie : Y pas d’interprétation physique, > 0 ou <0 Y est appelée fonction orbitale ou orbitale

28. Atomes « hydrogénoïdes » Ion formé d’un noyau et d’un seul électron Ex : He+, Be3+, C5+ -e Ze