4.3 Collisions inélastiques
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endothermique lorsque le bilan global d’énergie cinétique est négatif, (ii) dans le cas
contraire lorsque la réaction produit de l’énergie cinétique elle est dite exothermique.
Il existe nécessairement un seuil de réaction correspondant à l’énergie nécessaire
pour la transformation de la nature, ou de l’état, des particules incidentes. La relation entre ce seuil de réaction et l’énergie minimum requise pour la réalisation du
processus inélastique doit prendre en compte l’aspect cinématique de la collision.
En effet, lors d’une collision entre deux particules, l’énergie du système incident est
la somme de l’énergie cinétique du centre de masse plus l’énergie cinétique de la
particule fictive décrivant le mouvement relatif des espéces, l’énergie du centre de
masse étant invariante seule l’énergie du mouvement relatif est donc disponible pour
le changement d’état, ou de nature, des particules.
Considérons la réaction : A + B → C + D, soit DU la différence d’énergie interne
entre les particules incidentes et sortantes au repos : DU = U C + U D − U A − U B .
Lorsque la cible B est au repos la vitesse relative est égale à la vitesse du projectile
A et l’énergie cinétique du mouvement relatif dans le repère du centre de masse est
donné par : 2E r = m A m B v
2
A /m A + m B ; l’énergie disponible dans le repère du centre
de masse E r peut être exprimé en fonction de l’énergie cinétique du projectile dans
le repère du laboratoire, E c = m A v
2
A /2 → E r /E c = m B / (m A + m B ). La valeur de
l’énergie cinétique de seuil, E S , nécessaire à la réaction est obtenue en identifiant
DU et E r .
E S =
m A + m B
m B
DU
(4.28)
• Si le projectile est plus léger que la cible, m A m B , le seuil est approximativement égale à la variation d’énergie interne, par contre,
• dans le cas contraire, m A m B , le seuil est beaucoup plus élevé que la variation
d’énergie interne car l’invariance de la vitesse du centre masse implique une faible
disponibilité en énergie dans le repère du centre de masse. Ce comportement du
seuil explique (en partie) la plus grande réactivité de la population électronique
comparée aux populations ioniques.
4.3.2 Ionisation et réactivité
Un plasma faiblement ionisé est souvent le siège d’un très grand nombre de réactions, ioniques, atomiques et moléculaires ; la plus importante, car elle contraint le
bilan de particules et contrôle ainsi l’existence du plasma, est l’ionisation par impact
électronique : e+ A → A
+ +2e. Il est donc nécessaire d’étudier en détail cette réaction.
L’énergie de première ionisation de l’atome d’hydrogène E I = a
2 m e c
2
/2 = 13, 6
eV donne l’ordre de grandeur du seuil de la réaction d’ionisation par impact électronique. Le tableau (4.7) présente les valeurs des potentiels de première (E I ) et
deuxième (E I I ) ionisation pour les éléments des deux première lignes de la classification périodique et les métaux usuels.
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
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endothermique lorsque le bilan global d’énergie cinétique est négatif, (ii) dans le cas
contraire lorsque la réaction produit de l’énergie cinétique elle est dite exothermique.
Il existe nécessairement un seuil de réaction correspondant à l’énergie nécessaire
pour la transformation de la nature, ou de l’état, des particules incidentes. La relation entre ce seuil de réaction et l’énergie minimum requise pour la réalisation du
processus inélastique doit prendre en compte l’aspect cinématique de la collision.
En effet, lors d’une collision entre deux particules, l’énergie du système incident est
la somme de l’énergie cinétique du centre de masse plus l’énergie cinétique de la
particule fictive décrivant le mouvement relatif des espéces, l’énergie du centre de
masse étant invariante seule l’énergie du mouvement relatif est donc disponible pour
le changement d’état, ou de nature, des particules.
Considérons la réaction : A + B → C + D, soit DU la différence d’énergie interne
entre les particules incidentes et sortantes au repos : DU = U C + U D − U A − U B .
Lorsque la cible B est au repos la vitesse relative est égale à la vitesse du projectile
A et l’énergie cinétique du mouvement relatif dans le repère du centre de masse est
donné par : 2E r = m A m B v
2
A /m A + m B ; l’énergie disponible dans le repère du centre
de masse E r peut être exprimé en fonction de l’énergie cinétique du projectile dans
le repère du laboratoire, E c = m A v
2
A /2 → E r /E c = m B / (m A + m B ). La valeur de
l’énergie cinétique de seuil, E S , nécessaire à la réaction est obtenue en identifiant
DU et E r .
E S =
m A + m B
m B
DU
(4.28)
• Si le projectile est plus léger que la cible, m A m B , le seuil est approximativement égale à la variation d’énergie interne, par contre,
• dans le cas contraire, m A m B , le seuil est beaucoup plus élevé que la variation
d’énergie interne car l’invariance de la vitesse du centre masse implique une faible
disponibilité en énergie dans le repère du centre de masse. Ce comportement du
seuil explique (en partie) la plus grande réactivité de la population électronique
comparée aux populations ioniques.
4.3.2 Ionisation et réactivité
Un plasma faiblement ionisé est souvent le siège d’un très grand nombre de réactions, ioniques, atomiques et moléculaires ; la plus importante, car elle contraint le
bilan de particules et contrôle ainsi l’existence du plasma, est l’ionisation par impact
électronique : e+ A → A
+ +2e. Il est donc nécessaire d’étudier en détail cette réaction.
L’énergie de première ionisation de l’atome d’hydrogène E I = a
2 m e c
2
/2 = 13, 6
eV donne l’ordre de grandeur du seuil de la réaction d’ionisation par impact électronique. Le tableau (4.7) présente les valeurs des potentiels de première (E I ) et
deuxième (E I I ) ionisation pour les éléments des deux première lignes de la classification périodique et les métaux usuels.
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit