R-SQTH_QuanTheory-054-073-UK.indd 58
07/02/2014 09:30
Théorie en 30 secondes
58 g Physique de la lumière
et de la matière
Le principe d’exclusion
de Pauli a résolu
une énigme : pourquoi
les éléments dotés de
propriétés chimiques
similaires sont-ils
disposés en colonnes
dans le tableau
périodique des
éléments ?
TEXTE EN 30 SECONDES
Alexander Hellemans
BIOGRAPHIES EN 3 SECONDES
NIELS BOHR
1885–1962
Pionnier danois de la théorie
quantique qui a conçu le premier
modèle de l’atome.
WOLFGANG PAULI
1900–1958
Physicien théoricien autrichien
qui a inventé le principe
d’exclusion qui porte son nom.
THÉORIES LIÉES
Voir aussi
L’ATOME DE BOHR
page 24
L’INTERPRÉTATION
DE COPENHAGUE
page 84
RÉFLEXION EN 3 MINUTES
Puisque les électrons
occupent plusieurs coquilles
autour du noyau atomique
et ne peuvent être confinés
dans une seule, les atomes
ont une taille minimum et
ne peuvent être serrés les
uns contre les autres. Les
neutrons et les électrons
sont des fermions et ont
un spin demi-entier.
Comme tous les fermions
répondent au principe de
Pauli, les neutrons des
étoiles à neutrons ne
peuvent fusionner, ce
qui empêche ces étoiles
de s’effondrer davantage
sous l’effet des forces
gravitationnelles résultant
d’une telle condensation
de la matière.
CONDENSÉ EN 3 SECONDES
Le principe d’exclusion de
Pauli explique pourquoi,
dans les atomes, les
électrons se répartissent
toujours sur plusieurs
orbites au lieu d’occuper le
niveau d’énergie le plus bas.
En 1913, Niels Bohr a expliqué
comment des atomes émettent ou absorbent
des photons de longueurs d’onde bien précises
lorsque les électrons qui encerclent le noyau
sautent d’une orbite à l’autre dans un ensemble
d’orbites fixes. On assigne à ces orbites des
nombres quantiques entiers (1, 2, 3, etc.) appelés
nombres quantiques principaux. Ce modèle a été
jugé valide pour l’hydrogène, l’atome connu le
plus simple de tous, mais il n’explique pas
l’apparition de longueurs d’onde inattendues
dans les spectres des atomes plus complexes.
En 1915, le physicien allemand Arnold Sommerfeld
a démontré qu’un deuxième nombre quantique,
la constante de structure fine, pouvait expliquer
ces longueurs d’onde. Dans un champ
magnétique, les électrons se comportent aussi
comme de petits aimants et, comme ils sont
aussi dotés d’un spin, les physiciens ont dû
ajouter un troisième, puis un quatrième nombre
quantique. L’énergie de chaque électron est
déterminée par ces nombres quantiques. La
même année, Wolfgang Pauli a découvert
qu’aucun électron doté du même ensemble
de quatre nombres quantiques ne peut orbiter
autour du même atome. Ce concept, nommé
principe d’exclusion de Pauli, explique pourquoi,
même quand l’atome est dans son état d’énergie
le plus bas, les électrons se répartissent dans
plusieurs coquilles (orbites ayant le même
nombre quantique principal), et cette répartition
explique les propriétés chimiques des éléments.
LE PRINCIPE
D’EXCLUSION
DE PAULI
07/02/2014 09:30
Théorie en 30 secondes
58 g Physique de la lumière
et de la matière
Le principe d’exclusion
de Pauli a résolu
une énigme : pourquoi
les éléments dotés de
propriétés chimiques
similaires sont-ils
disposés en colonnes
dans le tableau
périodique des
éléments ?
TEXTE EN 30 SECONDES
Alexander Hellemans
BIOGRAPHIES EN 3 SECONDES
NIELS BOHR
1885–1962
Pionnier danois de la théorie
quantique qui a conçu le premier
modèle de l’atome.
WOLFGANG PAULI
1900–1958
Physicien théoricien autrichien
qui a inventé le principe
d’exclusion qui porte son nom.
THÉORIES LIÉES
Voir aussi
L’ATOME DE BOHR
page 24
L’INTERPRÉTATION
DE COPENHAGUE
page 84
RÉFLEXION EN 3 MINUTES
Puisque les électrons
occupent plusieurs coquilles
autour du noyau atomique
et ne peuvent être confinés
dans une seule, les atomes
ont une taille minimum et
ne peuvent être serrés les
uns contre les autres. Les
neutrons et les électrons
sont des fermions et ont
un spin demi-entier.
Comme tous les fermions
répondent au principe de
Pauli, les neutrons des
étoiles à neutrons ne
peuvent fusionner, ce
qui empêche ces étoiles
de s’effondrer davantage
sous l’effet des forces
gravitationnelles résultant
d’une telle condensation
de la matière.
CONDENSÉ EN 3 SECONDES
Le principe d’exclusion de
Pauli explique pourquoi,
dans les atomes, les
électrons se répartissent
toujours sur plusieurs
orbites au lieu d’occuper le
niveau d’énergie le plus bas.
En 1913, Niels Bohr a expliqué
comment des atomes émettent ou absorbent
des photons de longueurs d’onde bien précises
lorsque les électrons qui encerclent le noyau
sautent d’une orbite à l’autre dans un ensemble
d’orbites fixes. On assigne à ces orbites des
nombres quantiques entiers (1, 2, 3, etc.) appelés
nombres quantiques principaux. Ce modèle a été
jugé valide pour l’hydrogène, l’atome connu le
plus simple de tous, mais il n’explique pas
l’apparition de longueurs d’onde inattendues
dans les spectres des atomes plus complexes.
En 1915, le physicien allemand Arnold Sommerfeld
a démontré qu’un deuxième nombre quantique,
la constante de structure fine, pouvait expliquer
ces longueurs d’onde. Dans un champ
magnétique, les électrons se comportent aussi
comme de petits aimants et, comme ils sont
aussi dotés d’un spin, les physiciens ont dû
ajouter un troisième, puis un quatrième nombre
quantique. L’énergie de chaque électron est
déterminée par ces nombres quantiques. La
même année, Wolfgang Pauli a découvert
qu’aucun électron doté du même ensemble
de quatre nombres quantiques ne peut orbiter
autour du même atome. Ce concept, nommé
principe d’exclusion de Pauli, explique pourquoi,
même quand l’atome est dans son état d’énergie
le plus bas, les électrons se répartissent dans
plusieurs coquilles (orbites ayant le même
nombre quantique principal), et cette répartition
explique les propriétés chimiques des éléments.
LE PRINCIPE
D’EXCLUSION
DE PAULI