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Modèle mécanique définition

Lorsque les chimistes décrivent une sous-coquille particulière dans un atome, ils peuvent utiliser à la fois la valeur n et la lettre de sous-coque (2p, 3D, etc.). Normalement, une valeur de sous-coque de 4 est la plus grande nécessaire pour décrire un sous-shell particulier. Si les chimistes ont besoin d`une plus grande valeur, ils peuvent créer des numéros de sous-coquille et des lettres. Le modèle mécanique quantique de l`atome utilise des formes complexes d`orbitales (parfois appelées nuages d`électrons), des volumes d`espace dans lesquels il est probable qu`il y ait un électron. Donc, ce modèle est basé sur la probabilité plutôt que sur la certitude. La figure suivante montre les formes des orbitales s, p et d. Les orbitales qui ont la même valeur de n mais des valeurs différentes de l sont appelées sous-coques. Ces sous-coquilles reçoivent des lettres différentes pour aider les chimistes à les distinguer les uns des autres. Le tableau suivant présente les lettres correspondant aux différentes valeurs de l. Le nombre quantique de Momentum angulaire l décrit la forme de l`orbitale, et la forme est limitée par le nombre quantique principal n: le nombre quantique de Momentum angulaire l peut avoir des valeurs entières positives comprises entre 0 et n – 1. Par exemple, si la valeur n est 3, trois valeurs sont autorisées pour l: 0, 1 et 2.

comme indiqué dans la rangée supérieure de la figure (a), il y a deux orbitales s-une pour le niveau d`énergie 1 (1S) et l`autre pour le niveau d`énergie 2 (2S). Les orbitales s sont sphériques avec le noyau au centre. Remarquez que l`orbitale 2S est de plus grand diamètre que l`orbitale 1s. Dans les grands atomes, l`orbitale 1s est nichée à l`intérieur des 2S, tout comme le 2p est niché à l`intérieur du 3P. Le modèle planétaire de l`atome de Bohr est souvent ce qui colle dans l`esprit des élèves. Il fournit une image soignée et familière des électrons orbitant un noyau central comme des planètes autour du soleil. Pour cette raison, il peut être difficile de remplacer cette image par une qui représente plus fidèlement le modèle quantique-mécanique utilisé par les physiciens modernes: un atome avec un petit noyau avec des ondes de probabilité au lieu d`orbites pointus pour décrire la distribution de électrons, qui ont des positions floues mais des niveaux d`énergie définis. Néanmoins, les élèves devraient avoir un aperçu de ce modèle plus moderne.

Les emplacements et les mouvements des électrons sont décrits par leurs vagues de matière. Ces schémas d`onde, qui sont écrits comme des équations quand ils sont trop difficiles à esquisser, prédire la probabilité de trouver un électron dans une région donnée de l`atome. Ils fournissent les cotes de Paris, jamais la certitude. Pourtant, le pari est utile: il prédit des niveaux d`énergie définis; Il explique la liaison chimique par les électrons; et, lorsqu`ils sont appliqués à des particules dans le noyau, ils expliquent non seulement les lois aléatoires connues de la radioactivité, mais prévoient également de nouvelles particules nucléaires. Bien que cette image distribue des électrons dans des Orbits nets, nettement définis, elle leur donne encore des niveaux d`énergie fixes. Les électrons dans les niveaux d`énergie plus élevés sont plus susceptibles d`être trouvés dans les régions externes d`un atome, une certaine distance à partir du noyau. D`où vient ce modèle? Le modèle planétaire de Bohr avait commencé le processus d`introduction de la théorie quantique à la structure de l`atome (voir développement d`un modèle de l`atome: atomes radioactifs). Bohr introduisit l`idée d`États stationnaires dans lesquels l`atome était stable. Les transitions entre ces États expliquent l`existence de raies spectrales. Dans le cas de l`hydrogène, il a pu dériver des niveaux d`énergie: les transitions entre ses niveaux d`énergie prévus correspondaient aux lignes du spectre de l`hydrogène. Cependant, son modèle ne pouvait pas prédire les niveaux d`énergie pour tous les autres atomes (bien que ceux des métaux alcalins de type hydrogène pourraient être approximés).

Il a fallu le travail de Heisenberg et Schrödinger à trouver séparément des façons de décrire plus complètement les niveaux d`énergie quantifiée des atomes. Heisenberg utilisait des matrices et Schrödinger développa une équation d`onde. Ce sont des solutions de l`équation de Schrödinger qui fournissent des images des densités de probabilité des électrons autour du noyau d`un atome. En 1926, le physicien autrichien Erwin Schrödinger (1887 – 1961) utilisa la dualité onde-particule de l`électron pour développer et résoudre une équation mathématique complexe qui décrivait avec précision le comportement de l`électron dans un atome d`hydrogène.