background image
Chapitre 5
130
ous connaissez maintenant les notions de chimie qui permettent de
décrire sommairement la composition de la matière, de comprendre
la nature des réactions chimiques et d'effectuer les calculs qui leur sont
associés. Toutefois, ces notions ne permettent pas de prédire la plupart des
propriétés des atomes ni la manière dont ils s'associent pour former des molé-
cules, ce qui constitue l'essentiel de la chimie. Comme nous le verrons dans ce
chapitre, c'est surtout la distribution des électrons autour du noyau atomique
qui détermine les propriétés des atomes.
Les connaissances actuelles sur l'arrangement électronique des atomes
découlent d'abord de la théorie électromagnétique de la lumière, développée
au milieu du
xix
e
siècle (J.C. Maxwell), puis de l'hypothèse de son caractère
discontinu (Max Planck). La relation entre le rayonnement électromagnétique
émis par des atomes et l'énergie des électrons qui les composent a conduit
ensuite Niels Bohr à émettre l'hypothèse de la discontinuité des niveaux
d'énergie : les électrons suivent des orbites fixes. Il devenait désormais possible
d'associer un rayonnement électromagnétique à l'énergie des électrons, puisque
leur distance précise du noyau atomique pouvait être calculée à partir de leur
énergie. Le modèle de Rutherford, selon lequel les électrons ont des orbites
aléatoires, devint alors désuet.
Avec l'hypothèse de Broglie selon laquelle des particules matérielles pré-
sentent un caractère ondulatoire, le modèle de Bohr déboucha sur la théorie
quantique de l'atome. L'énigme de la dualité onde­corpuscule de l'électron
trouva sa solution dans l'équation de Schrödinger, équation clé de la théorie
quantique. Le concept d'orbitale, qui représente les régions de probabilité
de trouver l'électron, a émergé de cette théorie. Désormais, on ne décrit plus
l'électron seulement comme une particule : on lui attribue aussi des caractéris-
tiques ondulatoires ; on peut, globalement, l'associer à un nuage électronique
de densité variable.
La résolution de l'équation de Schrödinger a aussi débouché sur les nom-
bres quantiques qui donnent des informations précises sur l'état d'un électron,
désigné état quantique. Enfin, un système simple de conventions décrit la
distribution des électrons dans des cases quantiques ordonnées selon leur
niveau d'énergie, eux-mêmes dépendant des valeurs des nombres quantiques.
Il en découle des expressions des configurations électroniques propres à
chaque élément, à partir desquelles on peut prédire un grand nombre de
propriétés.
Le présent chapitre constitue la pierre d'assise de ce cours de chimie
générale. En effet, la connaissance des arrangements électroniques dans les
atomes permet d'interpréter la plupart des propriétés chimiques des éléments
et de prédire leur évolution.
5.1
RayonnementélectRomagnétique
eténeRgie
Au début du
xx
e
siècle, des découvertes majeures ont amené les scientifiques
à développer de nouveaux concepts concernant la structure de l'atome. Cette
évolution de la théorie atomique découle des résultats des travaux portant sur
l'énergie associée aux rayonnements électromagnétiques ainsi que de ceux
traitant des interactions entre ces rayonnements et la matière.
5.1.1 ondesélectRomagnétiques
La forme et le déplacement d'un
rayonnement électromagnétique
(radia-
tion) sont analogues à ceux d'une onde formée par l'impact d'un caillou à la
surface d'un lac : des vagues (crêtes et creux), dont l'origine est le point de chute,
V
V
Rayonnement électro-
magnétique :
énergie contenue
dans les champs électriques et
magnétiques d'une onde
électromagnétique qui se
propage dans l'espace.
109-Chap.05_04.indd 2
24/03/09 15:15:40