Chapitre 25 • Physique atomique
UNITÉS, VOCABULAIRE ET NOTATIONS EN PHYSIQUE
ATOMIQUE ET QUANTIQUE
Les énergies sont exprimées en eV (1 eV ≈1,6021 · 10
–19 J est l’énergie cinétique acquise
par un électron accéléré sous une différence de potentiel de 1 V).
Les longueurs sont exprimées en angströms (1 Å = 10
–10 m = 100 pm) ou en rayons de
Bohr (a 0 ≈ 0,52918 Å).
Les physiciens utilisent aussi le système d’unités atomiques.
Le champ d’énergie potentielle w(
#–
r ) est dénommé potentiel.
Le moment cinétique orbital, moment de la quantité de mouvement, est noté
#–
L .
25.2 ATOME, ÉLECTRON ET NOYAU
25.2.1 Émergence de la notion d’atomes en chimie
La masse se conserve dans les réactions chimiques. On observe des rapports simples
de nombres entiers, d’une part en masses de corps purs dans les composés (J.L. Proust,
1792 ; J. Dalton, 1804), d’autre part en volumes se combinant dans les réactions entre
gaz (L.J. Gay-Lussac, 1908). Ceci conduit à penser que les corps composés et les gaz
(sauf les gaz monoatomiques) sont formés de molécules constituées d’atomes, et à écrire
les réactions chimiques comme combinaisons de molécules. L’hypothèse qu’à pression
et température fixées, le nombre de molécules dans un volume donné est le même pour
tous les gaz parfaits (A. Avogadro, 1918) permet de déterminer la formule moléculaire
des gaz (O 2 pour l’oxygène et non O...). De proche en proche, on établit la formule
chimique des composés, gazeux ou non.
Les éléments chimiques apparaissent dans les réactions avec des masses multiples de
celle de l’hydrogène (J.J. Berzelius, 1813 ; W. Prout, 1815) ; fixant celle-ci on détermine
la masse des éléments (pour un même nombre inconnu d’atomes).
Définition
Depuis 1961, le nombre d’Avogadro N A est défini précisément en posant qu’une
mole d’atomes, soit N A atomes, de l’isotope 12 du carbone a pour masse 12 g.
Une mole de gaz parfait occupe environ 22,4 l dans les conditions normales.
25.2.2 Charge élémentaire et électron
Les expériences menées entre 1830 et 1913 conduisent aux conclusions suivantes :
• la charge électrique est toujours multiple d’une charge élémentaire e ;
• les particules négatives émises par la cathode d’un tube à vide lorsqu’elle est chauffée
(rayonnement cathodique), ou par une plaque métallique chargée négativement puis
éclairée par de la lumière ultraviolette (effet photoélectrique), ou encore par les
noyaux radioactifs b
– sont des électrons, de charge – e et de masse m e environ 2 000
fois plus petite que celle de l’atome d’hydrogène
Voir site
web
.
474
“Gautron_9782100543007” (Col. : ScienceSup3-193x250) — 2010/6/15 — 17:13 — page 474 — #484
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UNITÉS, VOCABULAIRE ET NOTATIONS EN PHYSIQUE
ATOMIQUE ET QUANTIQUE
Les énergies sont exprimées en eV (1 eV ≈1,6021 · 10
–19 J est l’énergie cinétique acquise
par un électron accéléré sous une différence de potentiel de 1 V).
Les longueurs sont exprimées en angströms (1 Å = 10
–10 m = 100 pm) ou en rayons de
Bohr (a 0 ≈ 0,52918 Å).
Les physiciens utilisent aussi le système d’unités atomiques.
Le champ d’énergie potentielle w(
#–
r ) est dénommé potentiel.
Le moment cinétique orbital, moment de la quantité de mouvement, est noté
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25.2 ATOME, ÉLECTRON ET NOYAU
25.2.1 Émergence de la notion d’atomes en chimie
La masse se conserve dans les réactions chimiques. On observe des rapports simples
de nombres entiers, d’une part en masses de corps purs dans les composés (J.L. Proust,
1792 ; J. Dalton, 1804), d’autre part en volumes se combinant dans les réactions entre
gaz (L.J. Gay-Lussac, 1908). Ceci conduit à penser que les corps composés et les gaz
(sauf les gaz monoatomiques) sont formés de molécules constituées d’atomes, et à écrire
les réactions chimiques comme combinaisons de molécules. L’hypothèse qu’à pression
et température fixées, le nombre de molécules dans un volume donné est le même pour
tous les gaz parfaits (A. Avogadro, 1918) permet de déterminer la formule moléculaire
des gaz (O 2 pour l’oxygène et non O...). De proche en proche, on établit la formule
chimique des composés, gazeux ou non.
Les éléments chimiques apparaissent dans les réactions avec des masses multiples de
celle de l’hydrogène (J.J. Berzelius, 1813 ; W. Prout, 1815) ; fixant celle-ci on détermine
la masse des éléments (pour un même nombre inconnu d’atomes).
Définition
Depuis 1961, le nombre d’Avogadro N A est défini précisément en posant qu’une
mole d’atomes, soit N A atomes, de l’isotope 12 du carbone a pour masse 12 g.
Une mole de gaz parfait occupe environ 22,4 l dans les conditions normales.
25.2.2 Charge élémentaire et électron
Les expériences menées entre 1830 et 1913 conduisent aux conclusions suivantes :
• la charge électrique est toujours multiple d’une charge élémentaire e ;
• les particules négatives émises par la cathode d’un tube à vide lorsqu’elle est chauffée
(rayonnement cathodique), ou par une plaque métallique chargée négativement puis
éclairée par de la lumière ultraviolette (effet photoélectrique), ou encore par les
noyaux radioactifs b
– sont des électrons, de charge – e et de masse m e environ 2 000
fois plus petite que celle de l’atome d’hydrogène
Voir site
web
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“Gautron_9782100543007” (Col. : ScienceSup3-193x250) — 2010/6/15 — 17:13 — page 474 — #484
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