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Modèle de Thomson
:
L'atome est une boule chargée
positivement dans laquelle circulent des électrons.
Expérience réalisée
pour confirmer ce modèle :
Des particules alpha (noyau
d'hélium) sont envoyées sur une feuille d'or.
Thomson s'attend à ce
que toutes les particules a traversent la feuille d'or car les
interactions électriques entre les électrons sont
de faible intensité et elles ne dévieront pas les
particules a .
Résultat de l'expérience
:
On observe une fois sur 8000
le retour de certaines particules a
.
Question discussion réponse
:
Le modèle de Thomson
est-il validé ?
Proposer une hypothèse
permettant d'expliquer la déviation et le retour de quelques
particules a.
Réponse et conclusion :
Le modèle de Thomson
n'est pas validée.
On peut émettre l'hypothèse
qu'il y a à l'intérieur de l'atome un noyau positif
dont les interactions sont suffisamment importantes pour dévier
les particules a. |
Modèle de Rutherford
:
On peut représenter
l'atome selon un modèle planétaire.
Les électrons gravitent autour d'un noyau positif en décrivant
une orbite circulaire.
Question discussion réponse
:
1. Dans ce modèle planétaire,
les électrons subissent-ils une accélération
?
Donner les caractéristiques de cette accélération
en vous aidant de vos connaissances sur le mouvement des satellites.
2. En vous appuyant sur la
loi de l'électromagnétisme énoncée
par Maxwell :
Toutes particules chargées électriquement accélérées
rayonne de l'énergie
Indiquer si les électrons
peuvent rester sur leurs "orbites" ?
Que va t-il se passer ?
Réponse et conclusion
:
1. Oui, les électrons
subissent une accélération centripète, radiale.
2. Si les électrons
subissent une accélération centripète, ils
rayonnent de l'énergie. Cette énergie perdue entraîne
une diminution de la vitesse des électrons et leur effondrement
sur le noyau central.
Conclusion : Le modèle
planétaire n'est pas stable. |
Modèle de Bohr :
En s'appuyant sur la théorie
des quanta énoncé par Planck, Bohr postule qu'il
n'existe qu'un nombre déterminé d'orbites électroniques
et que les électrons n'émettent pas de rayonnement
sur ces orbites.
Hypothèses de Bohr :
1. L'énergie de l'électron
est fixée et quantifiée.
2. Les radiations ne sont émises
ou absorbées que si un électron passe d'une orbite
à l'autre. (transition électronique)
Ces rayonnements ne sont donc
pas liés à la fréquence de rotation de l'électron
autour du noyau comme on le croyait avant.
Réaction du Prix
Nobel Von Laue sur ces hypothèses : c'est absurde !
Les variations d'énergie
de l'atome sont quantifiées.
Par la suite on a découvert
que la quantification pouvait s'appliquer non seulement à
l'atome (de l'ordre de l'eV pour le cortège électronique),
mais aussi au noyau (de l'ordre du MeV) et au molécules.
Question discussion réponse
:
Un atome de mercure passe d'un
niveau énergétique E1 = -4,99
eV à un niveau E2
= -10,45 eV.
1 eV = 1 electron volt
1 eV = 1,6 x 10-19
Joules
1. L'atome perd-il ou gagne
t-il de l'énergie ?
2. Cette transition énergétique
s'accompagnera-t-elle d'une émission ou d'une absorption
d'une radiation lumineuse ?
3. Quelle est la valeur de
la longueur d'onde de cette radiation lumineuse ?
4. Est-elle visible ?
Réponse :
1. L'énergie de l'atome
passe de -4,99 eV à -10,45 eV. Il perd donc de l'énergie.
2. Cette transition énergétique
s'accompagne d'une émission d'une radiation lumineuse.
3. La longueur d'onde est donnée
par la relation
DE = hn
= hc / l
l
= hc / DE
l
= 6,62 x 10-34
x 3,0 x 108 / (10,45 - 4,99) x 1,6 x 10-19
l
= 2,3 x 10-7
m = 230 nm
4. Cette radiation n'est pas
visible (domaine visible :400 nm - 780 nm).
Il s'agit d'un rayonnement ultraviolet. |
Les expériences
de Franck et Hertz
Expérience n°
1 (1887) : Effet photoélectrique
Hertz tente d'arracher des
électrons d'une plaque de zinc sous l'action d'une lumière
incidente de fréquence n.
Résultat :
Cet arrachement n'a lieu que
si la fréquence n est supérieure à une
fréquence seuil, même pour une intensité
très faible du faisceau lumineux.
Question discussion réponse
:
Si on envoie une lumière
de très forte intensité, le nombre d'électrons
sera-t-il plus important, identique ou moins important ?
Résultat :
Le nombre d'électrons
arrachés ne dépend que de la fréquence.
Expérience n°
2 (1914) :
Franck et Hertz envoient des
électrons sur une cuve remplie de vapeurs de mercure.
Résultat :
Ils obtiennent une courbe représentant
l'excitation électronique en fonction de l'énergie
cinétique des électrons incidents :
Question discussion réponse
:
L'excitation électronique
des atomes s'effectue-t-elle de manière continue ou discontinue
?
Réponse : L'excitation
électronique s'effectue de manière discontinue.
L'expérience réalisée
par Franck et Hertz confirme la necessité d'une approche
quantique.Il s'agit de la première expérience permettant
de déterminer la différence de valeur entre deux
niveaux d'énergie atomique.
Question discussion réponse
:
On envoie un rayonnement ultraviolet
de longueur d'onde égale à 254 nm sur une cuve
remplie de vapeur de mercure.
On observe un phénomène
d'excitation électronique par transition électronique
entre l'état énergétique le plus bas appelé
état fondamental, notée E0
et un état énergétique plus élevé
appelé état excité, noté En
Entre quels niveaux d'énergie,
la transition va t-telle avoir lieu ?
Données :
1 eV = 1,6 x 10-19
J
h = 6,62 x 10-34J.s
c = 3,00 x 108 m/s
Réponse :
DE
= hc / l = (6,62 x 10-34 x 3,0 x 108)
/254 x 10-9 = 7,82 x 10-19 J
DE
= 7,82 x 10-19
/ 1,6 x 10-19 = 4,90 eV
Soit un niveau énergétique
excité égal à 10,44 - 4,90 = 5,54 eV
La transition va avoir lieu
entre le niveau E0
et le niveau E1.
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