L’ATOME D’HÉLIUM - Polytechnique Montréal
nous utiliserons les nombres quantiques associés à l’atome d’hydrogène pour décrire les états des deux électrons de l’atome hélium (n, l, m, ms, et n, l, m, ms,) L’atome d’hélium est composé de deux électrons identiques dont les fonc-tionsd’ondesechevauchent:ilssontdoncindiscernables L’indiscernabilitéaf-
Ionisation de lhélium et excitation des spectres de ce gaz
La plus faible, d après Franck Knipping (~), est la vitesse minimum que doit acquérir un électron pour faire passer l atome,d hélium de l état normal, où les deux orbites sont croisées, à la configu-ration coplanaire, dont le caractère métastable parait en accord avec cer-taines observations récentes (~)
Chapitre III Systèmes polyélectroniques
exemple de l’atome d’hélium 1 1 Hamiltonien atomique ; exemple de l’hélium Si nous supposons, comme pour l’atome d’hydrogène, que le noyau de charge Z est immobile au centre de masse du système comprenant en outre (si l’atome est neutre) Z électrons i, j,
Unité 6 : Classification périodique des éléments chimiques
hélium He, néon Ne, argon Ag, krypton Kr, xénon Xe La couche externe de l’atome d’hélium comporte 2 électrons (couche K saturée), celle des autres atomes de gaz nobles comporte 8 électrons fig 8 2 Formule des molécules La formule d’une molécule dépend du nombre de liaisons covalentes que les atomes qui la constituent
ATOMES ET MOLÉCULES - ITC BOOKs
I Notion d’élément chimique 1) Bref historique de la découverte des éléments 2) La classification de Mendeleïev (1869) 3) Constitution d’un atome 4) La mole et la masse molaire II Configuration électronique des atomes 1) Spectroscopie d’émission atomique 2) Les orbitales atomiques et les nombres quantiques
Corrigé, seconde, expérience de Rutherford
d 7 CORRECTION REDIGEE DETAILLEE I Etude de documents Question 1 Une particule est un noyau d’un atome d’hélium chargé positivement Il contient deux protons et deux neutrons Question 2 Les tâches fluorescentes sont dues aux impact des particules alpha sur l’écran fluorescent La tâche qui se trouve
Thème 1 : Constitution de la matière à l’échelle
A l’exeption de l’atome d’hélium qui possède deux életrons sur sa ouhe externe, les autres atomes de gaz nobles ont tous huit électrons sur leur couche externe La grande stailité des gaz noles est don liée au nomre partiulier d’életrons qu’ils possèdent sur leur couche externe :
Les interactions fondamentales - Free
Un atome est constitué d'un noyau formé de nucléons (protons et neutrons) autour duquel gravite(nt) un ou plusieurs électron(s) Le diamètre d'un atome est de l'ordre de 10-10 m, celui d'un noyau est de l'ordre de 10-15 m La masse d'un nucléon est environ 1800 fois plus élevée que celle d'un électron La masse d'un atome est donc
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!L'ATOMED'HÉLIUM
S!""#$%&
!Introduction" #Discussiondelastructureénergét ique$ %Hamiltonien& 'Particulesindiscernables!( !Fonctiond'onde!( #Leprin ciped'exclusiondePauli!% "Niveauxd'énergiesselonla théoriedesperturbations!" !!éoriedesperturbat ions !" #L'étatfondamenta l:!s %Étatsexcités:con )guration:!s-#s!* $Niveauxd'énergieselonla méthodevariationnelle## !Con)guration!s #Étatsexcités:con )guration!s#s#' &Laboratoire#* !Objectifs#* #Instrumentation#* %Mesuresaulaborat oire#+ 'Analyseexpérimentale%( pasdedi cultésimportantes,c arnoussavonscommenttraiterdefaçonrigo u- reuselenombrea tomiq ueZetles corr ectionsrelativistes,dumoinslors queZ n'estpastrèsg rand.C'estl arépulsioncou lombienneentrelesélect ronsquipré- senteunedi cultéconsidérable,car celle-cidépenddelapositionrespe ctive deséle ctrons,quicontrairementaunoyau, sedéplacent constamment.Ainsi, rontcorrélés. même,desatomesp lus complexesquicomposentlet ableaupériodique. #)$/+*//$!')&,#/(%*+(*%&.'&% 0.( $1*& del' atomed'hélium.Àcete et,la gure!.!présentelapositiondesnivea ux énergétiquesdéterminésexpérimentalem ent.Cettediscussio npermettrad'in- laméca niquequantiquedanslasuit edecechapitre. Lepremierp hénomèneimpo rtantquelesdonnéesdela gure!.!révèlent estquelesdeux électro nsin terag issentfortement,carl'énergiedep remièreio- nisationdel'atomed'h élium danssonétatfondamental !s estbeauco upplus sioncoulom bienneconsidérable.Pourévaluerl'imp ortancedecete et,con si- déronsunmomentlesdeux élec tronsindépendants.Da nsce cas, l'atomed'hé- liumestré duitàuna tomehydrogénoïdeet l'én ergiedeliaisondechaqueélec- tronseraitde!ZRy=!'Ry.
Ainsi,l'énergiede premièreionisationseraitde!.Un Rydberg (Ry)équivautà!%.$($eV.eVpourdeux électronsin dépend ants.Comparonsmaintenantl'én ergiedeLescalcu lse-ectuésdanscecha pitrerepré-
senterontlaplupartdutemps l'énerg ienéces- tenirl'éner gienécessairepourioniserq u'un seuldesdeuxélect ro ns,i lsu rad' ajouter l'énergied'ionisationdel'électron sdel'atome He quiestdeZRy="'.'#eVselon lemo-
dèledel'a to mehydrogénoïde premièreionisation calculée( eV)aveccel leobtenueexpériment alement.Lesdonnées dela
gure!.!révèlentquel'énergied'ioni sationm esuréepourla con guration !s estde eV.Ladi del' atomed'héliumdevraobligatoir ementinclureuntermederépu lsioncou- Étantdonnéquelarép ulsiondépenddel aposition relati vedesélectronsetque ceux-cise déplacentcon stamment,ilestdi cilederigo ureu sementtraiterles atomesmultiélectro niques. liumdans unecon gurationoùlesélect ronssera ientt ousdeuxdansdesétats excités.Ene et,lor squedeuxélectronsso ntex citéssimultanément,l'énergie dusystème esttellequ'unéle ctrones tautomatiquemen téjecté,produi santun ionHe .Ain si,lorsdutrait ementdesétatséner gétiquesdel 'atomed'hélium neutre ,leni vea ufondamental !sesttou joursoccupéparaumoinsunéle c-#.He Icorresp ond àl'héliumneutreetHeIIà He tron. Lacon !snlindi- quantqu'unélectronestdansl'orbitale avoirconstaté ci-dessusquelemodèlehydrogénoïder eproduittrèsmall'éner- giedespremier sniv eauxdel'atome d'hélium,ilpeutsembler cur ieuxd'utiliser pitre,nousutilisons toutdemêmecesfo nctionsd'ondepourlesdeuxraisons suivantes: n d'obtenirlesfonctionsd'o ndes tationnairesspéci quesàcel ui-ciet )lesf onc- tionsd'ondehydr ogénoïdess ont,commenousleco nstaterons, uneapproxima- tionraisonn ableet,surtout,unexcellentpointdedépar tp ourlesméthodes d'approximationquenousallonsutiliser.Nota mment,lam éthodevariation- nelle(section!.$)ré vèlequelesformesmath ématiquesdes fo nctionsd'onde hydrogénoïdesdé criventrelativementbienles fonctionsd'ondedel'atomehé- liumetqu 'il nesu radem odi erque quelquespa ramètrespouramé liorersi- gni cativementl'accordentrelesrésult atsthéoriquesetexpériment aux.Ainsi, nousutiliseron slesnombresquantiquesassociésàl'ato med 'hydrogènepour décrirelesétatsdesdeuxé lect ronsdel'at ome hé lium(n ,l ,m ,m s,! etn ,l m ,m s,# L'atomed'héliumestcomposé dedeuxélectronsidentiquesdontles fonc- tionsd'ondese chevauchent:ilsson tdoncindi scernables.L'indiscernabilitéaf- fectesigni ilseratra itéendét aildanscechapitr e,t ouslesétatsexcités del'atomed'hé lium serontcomposésdedeuxniv eaux:unétatsinguletLdontlasomm edesspins
estS=(etunét att ripletLdontlasomm edesspins estS=!.En semble,la
répulsioncoulombienneetl'in discernabilitédesélectronspr odui sentcequ'on appellel'interactiond'échange .Sanséquivalentclassique,cetteinteractionlève%.At tention,ilnes'agitpasd' uneinteract ion supplémentairequenousavionsjusqu'àp ré- lombienneetduprinciped 'indi scernab ilité ladégénéres cencedesniveauxexcités.Elleest maxima lepourlacon guration !s#setdimin ueavecletn,ca rsonimport anceestprop ortionnelleauchevau- chementdesfonctionsd 'on dedesdeuxélectrons. Finalement,onremarqueq uel'énerg iedepremièreionisationtendra pide- Cete etest reliéàl' écrantagep art ieldelachargenucléaire(Z=+ )pa rl'élec- tron !sproduisant,selonlethéorèmedeGauss, unechargee-ectivenucléaire réduite, !HeliumH
Fig.3.4Theenerg ylevelsofthehelium atomwiththoseofhyd rogenf orcompar ison.The1s 2 groundconfiguration istightlybound.Fortheexc itedconfig urationso fheliumthe1s-electro nscreenstheouterelectronfromthenuclear charge sothatthe