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“MPSI-fin” — 2013/7/22 — 9:45 — page 77 — #85
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STRUCTURE DE L’ATOME
Le fluorodesoxyglucose est injecté au patient. Un tissu organique anormal (tumeur cancéreuse) consomme plus de glucose qu’un tissu sain et concentre donc la radioactivité. Le
repérage de zones concentrées de radioactivité permet la localisation des tissus malins.
1.3 Taille d’un atome ou d’un ion
On ne peut pas connaître avec exactitude le rayon d’un atome car on ne peut pas déterminer
avec certitude la dimension du nuage électronique. On peut cependant mesurer la distance qui
sépare les noyaux des atomes d’une molécule donnée, ou la distance qui sépare les noyaux
de deux atomes voisins d’un échantillon métallique solide (utilisation d’expérience de diffraction de rayons X).
Ainsi, la distance entre deux atomes de cuivre est égale à 256 pm dans Cu(s) : on définira le
rayon du cuivre (dit rayon métallique) comme la demi-longueur de la distance entre deux
atomes de cuivre (128 pm).
La distance entre deux atomes de chlore dans la molécule de dichlore vaut 198 pm : on définira le rayon du chlore (dit rayon covalent car les atomes sont liés par liaison covalente)
comme la demi-longueur de la distance entre deux atomes de chlore (99 pm). Nous admettrons que l’ordre de grandeur des rayons déterminés est compris entre 40 et 300 pm.
Le rayon ionique d’un élément est sa contribution à la distance entre deux ions voisins
d’un solide ionique (solide constitué par une association de cations et d’anions). Ainsi la
distance entre les noyaux d’un cation et d’un anion voisins est égale à la somme des deux
rayons ioniques. À titre d’exemple, la distance séparant les noyaux des ions Mg 2+ et O
2–
dans MgO(s) est égale à 205 pm, cette distance est égale à la somme des rayons ioniques
r(Mg
2+ ) + r(O 2− ). Le rayon ionique relatif à un élément chimique peut être comparé au
rayon de l’atome relatif au même élément (rayon covalent ou métallique selon la mesure
réalisée). Le rayon d’un cation est plus petit que le rayon de l’atome, tandis que le rayon
d’un anion est plus grand que le rayon de l’atome.
1.4 L’avènement de la chimie quantique : contexte historique
La chimie quantique voit son acte de naissance signé au début du vingtième siècle avec la
découverte de la structure de l’atome, conséquence d’observations expérimentales inexplicables dans le cadre théorique de l’époque. Le contexte scientifique est pourtant un contexte
de plénitude : la certitude fréquemment rencontrée chez les savants de l’époque d’un savoir
quasi complet des phénomènes physiques et chimiques. En effet, les équations de MAXWELL
régissent l’électromagnétisme et la propagation des ondes électromagnétiques. La thermodynamique gouverne pour sa part les transferts de chaleur et de travail. Le principe de FERMAT
indique le trajet suivi par la lumière et les équations de NEWTON fournissent une explication
satisfaisante des phénomènes mécaniques (d’excellents résultats sont apportés notamment
en terme de prédiction de trajectoires de comètes et autres objets célestes.) Quelques phénomènes, pudiquement (ou hypocritement) considérés comme marginaux ne sont pourtant
pas expliqués, en particulier le comportement du rayonnement du corps noir dans le domaine
ultra-violet (catastrophe ultra-violette). Cette observation sera à l’origine d’un nouveau courant de pensée, d’une physique et d’une chimie nouvelle et puissante : la chimie quantique.
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STRUCTURE DE L’ATOME
Le fluorodesoxyglucose est injecté au patient. Un tissu organique anormal (tumeur cancéreuse) consomme plus de glucose qu’un tissu sain et concentre donc la radioactivité. Le
repérage de zones concentrées de radioactivité permet la localisation des tissus malins.
1.3 Taille d’un atome ou d’un ion
On ne peut pas connaître avec exactitude le rayon d’un atome car on ne peut pas déterminer
avec certitude la dimension du nuage électronique. On peut cependant mesurer la distance qui
sépare les noyaux des atomes d’une molécule donnée, ou la distance qui sépare les noyaux
de deux atomes voisins d’un échantillon métallique solide (utilisation d’expérience de diffraction de rayons X).
Ainsi, la distance entre deux atomes de cuivre est égale à 256 pm dans Cu(s) : on définira le
rayon du cuivre (dit rayon métallique) comme la demi-longueur de la distance entre deux
atomes de cuivre (128 pm).
La distance entre deux atomes de chlore dans la molécule de dichlore vaut 198 pm : on définira le rayon du chlore (dit rayon covalent car les atomes sont liés par liaison covalente)
comme la demi-longueur de la distance entre deux atomes de chlore (99 pm). Nous admettrons que l’ordre de grandeur des rayons déterminés est compris entre 40 et 300 pm.
Le rayon ionique d’un élément est sa contribution à la distance entre deux ions voisins
d’un solide ionique (solide constitué par une association de cations et d’anions). Ainsi la
distance entre les noyaux d’un cation et d’un anion voisins est égale à la somme des deux
rayons ioniques. À titre d’exemple, la distance séparant les noyaux des ions Mg 2+ et O
2–
dans MgO(s) est égale à 205 pm, cette distance est égale à la somme des rayons ioniques
r(Mg
2+ ) + r(O 2− ). Le rayon ionique relatif à un élément chimique peut être comparé au
rayon de l’atome relatif au même élément (rayon covalent ou métallique selon la mesure
réalisée). Le rayon d’un cation est plus petit que le rayon de l’atome, tandis que le rayon
d’un anion est plus grand que le rayon de l’atome.
1.4 L’avènement de la chimie quantique : contexte historique
La chimie quantique voit son acte de naissance signé au début du vingtième siècle avec la
découverte de la structure de l’atome, conséquence d’observations expérimentales inexplicables dans le cadre théorique de l’époque. Le contexte scientifique est pourtant un contexte
de plénitude : la certitude fréquemment rencontrée chez les savants de l’époque d’un savoir
quasi complet des phénomènes physiques et chimiques. En effet, les équations de MAXWELL
régissent l’électromagnétisme et la propagation des ondes électromagnétiques. La thermodynamique gouverne pour sa part les transferts de chaleur et de travail. Le principe de FERMAT
indique le trajet suivi par la lumière et les équations de NEWTON fournissent une explication
satisfaisante des phénomènes mécaniques (d’excellents résultats sont apportés notamment
en terme de prédiction de trajectoires de comètes et autres objets célestes.) Quelques phénomènes, pudiquement (ou hypocritement) considérés comme marginaux ne sont pourtant
pas expliqués, en particulier le comportement du rayonnement du corps noir dans le domaine
ultra-violet (catastrophe ultra-violette). Cette observation sera à l’origine d’un nouveau courant de pensée, d’une physique et d’une chimie nouvelle et puissante : la chimie quantique.
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