struCture éleCtronique des atomes
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5.2.2 niveaud'éneRgieetmodèleatomiquedebohR
En 1913, Niels Bohr (voir la page 6) présenta un nouveau modèle de l'atome
fondé sur la quantification de l'énergie. Ce modèle rendait compte de la struc-
ture de l'atome d'hydrogène et de son spectre ; il apportait aussi un fondement
théorique à l'équation de Rydberg. Les caractéristiques de ce modèle sont résu-
mées dans trois postulats.
postulatsdebohR
1. L'électron se déplace en orbites circulaires autour du noyau, mais
uniquement selon des orbites de rayons fixes. La force centrifuge due
au déplacement de l'électron est annulée par la force d'attraction électro-
statique du noyau sur ce dernier. Une expression simple relie le rayon de
ces orbites, r, à des multiples de nombres entiers, n.
r
n a
Z
=
2
0
Dans cette expression, a
0
est le rayon de l'orbite de l'électron lorsque n vaut 1
et correspond expérimentalement à 52,9 pm ; Z est le numéro atomique de
l'hydrogène. Suivant cette formule, l'électron se trouve à 212 pm du noyau
atomique lorsque n vaut 2.
r
=
×
=
( )
,
2
52 9
1
212
2
pm
Diverses orbites de l'électron de l'atome d'hydrogène sont en partie illustrées
à la figure 5.7.
2. La quantité de mouvement angulaire d'un électron sur une orbite,
m
r, est quantifiée. Elle est un multiple entier, n, de h/2 (h est la cons-
tante de Planck).
Selon cette condition de quantification, l'électron possède une quantité
d'énergie déterminée pour chaque orbite et aucune énergie intermédiaire
n'est possible. Ainsi, on considère chaque orbite comme un
état station-
naire
. L'orbite de plus basse énergie correspond à l'
état fondamental
de
l'électron (n
= 1) et toutes les autres décrivent des
états excités
.
En introduisant la constante de Planck dans ce postulat, Bohr s'est démar-
qué de la physique classique ; ce postulat représente en effet un élément
de la théorie quantique qui sera intégré dans le développement de cette
théorie.
Figure 5.7
Représentation des orbites circulaires partielles de l'atome d'hydrogène.
n
= 2
n
= 3
r
= 9 a
0
n
= 1
n
= 4
r
= 4 a
0
r
= 16 a
0
r
= a
0
= 52,9 pm
État stationnaire :
état décrivant
une position fixe de l'électron
par rapport au noyau.
État fondamental :
état d'éner
gie le plus bas des électrons d'un
atome.
État excité :
état d'énergie des
électrons d'un atome, supérieur
à l'état fondamental.
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