Structure électronique des atomes
1. Quantification de l’énergie dans l’atome
1.1. Observations expérimentales
L’atome est formé d’un noyau chargé positivement et d’un nuage d’électrons chargé négativement. Il y a interaction entre les particules : le système formé possède une énergie W0 . Si, à la suite d’un apport extérieur, l’énergie de l’atome augmente, on dit que l’atome se trouve dans un état excité. Cet état est instable, c’est-à-dire que sa durée d’existence est très brève : l’atome excité revient dans l’état stable d’énergie la plus basse, appelé état fondamental. La majeure partie de l’énergie reçue au cours de l’excitation sera réémise, par exemple sous forme de radiation lumineuse (rayonnement électromagnétique). La fréquence de ce rayonnement est liée à l’énergie fournie par le système revenant dans un état plus stable par la relation d’EINSTEIN : où n est la fréquence du rayonnement émis, exprimée en Hertz (1 Hz = 1 s–1) , h la constante de Planck (= 6,626.10–34 J.s.), W l’énergie de l’atome dans l’état excité (en J), et W0 l’énergie de l’atome dans l’état fondamental.
L’énergie d’un atome ou d’un système de particules ne peut varier de façon continue. Chaque variation énergétique est définie; elle correspond à la différence des énergies des deux états du système.
Spectre d’émission de l’atome d’hydrogène.
Expérimentalement, le spectre de l’atome d’hydrogène est obtenu en plaçant devant la fente d’un spectrographe un tube scellé contenant de l’hydrogène sous faible pression et dans lequel on provoque une décharge électrique. Cette décharge dissocie les molécules et excite les atomes d’hydrogène. Lors du retour des atomes des divers états excités vers les états d’énergie inférieure, il y a émission de rayonnement électromagnétique. Ces spectres ont été découverts par LYMAN (UV), BALMER (visible), PASCHEN, BRACKETT et PFUND (IR). Ils ont montré que les longueurs d’onde des raies émises vérifiaient la relation suivante, appelée "règle de RITZ" :