Atome

• Plus l’entité est petite et plus les énergies de liaisons sont importantes.
• Les modèles planétaires sont les modèles les plus simples pour comprendre les phénomènes énergétiques qui se produisent lorsqu'on réalise des images médicales ou que l'on traite des patients par radiothérapie.
• Le modèle de Rutherford, élaboré en 1911, est basé sur une expérience qui consiste à recueillir sur un écran de sulfures de zinc, les impacts de particules alpha ayant traversé une feuille d’or de 0,5 microns d’épaisseur.
• Dans le modèle de Rutherford, la majorité des particules alpha traverse la feuille d’or et arrive dans le même axe au niveau de l’écran de sulfure de zinc, sans avoir eu d'interaction avec les atomes d’or.
• Rutherford en déduit que la matière est constituée majoritairement de vide.
• Certaines particules alpha sont déviées de leurs trajectoires initiales car leurs impacts sur l’écran de sulfure de zinc ne sont pas dans l’axe du faisceau incident.
• Les particules sont déviées car il y a des charges négatives qui attirent les protons des particules alpha.
• Le noyau doit être chargé positivement.
• Quelques impacts ont été recueillis en arrière de la feuille d’or, les particules alpha ont rebondi sur un matériau dur et dense : le noyau.
• Les particules alpha sont reparties en arrière, en raison de la force de répulsion électrostatique qui s’exerce sur un noyau dense chargé positivement qui doit contenir la plus grande partie de la masse de l'atome.
• Ø n = 1 pour la couche la plus proche du noyau : la couche K.
• L’équilibre entre la force centrifuge et la force d’attraction électrostatique est représenté par l’équation : T = -Ze2/r, où Z est le nombre atomique, e la charge élémentaire et r le rayon de l’atome.
• Si n se rapproche de l’infini on considère que l’électron est libre, c’est-à-dire qu’il se situe en dehors de l’atome.
• En pratique n va jusqu'à 7 ce qui corresponds à la couche Q pour les plus gros atomes connus de l’univers.
• Comme il y a autant de charges positives que négatives, l’atome est donc électriquement neutre.
• Pour l’élaborer, Bohr part du principe que les électrons ne peuvent se placer que sur certaines orbites particulières, quantifiées.
• Les électrons décrivent une orbite circulaire autour du noyau, ils sont animés de 2 forces contraires : la force centrifuge et la force d’attraction électrostatique entre charges électriques opposées.
• Chaque orbite du modèle en couche de Bohr, est caractérisée par un nombre quantique principal n qui augmente de la couche la plus interne vers la couche la plus externe :
• Le modèle de Rutherford considère que l’atome est constitué d’un noyau central comportant un certain nombre de charges positives, autour duquel gravitent sur la même orbite autant d’électrons chargés négativement.
• Une particule alpha est un noyau d’hélium composés de 2 protons et de 2 neutrons.
• Le modèle de Rutherford est imparfait car il ne parvient pas à expliquer la présence des raies spectrales de l’hydrogène.
• Le modèle de Bohr date de 1913.
• Pour que l’atome soit stable, il faut un équilibre entre ces deux forces antagonistes.
• Les niveaux d’énergies de l’atome notés « En » ont une valeur négative.
• Les énergies mises en jeu sont très faibles à l'échelle de l'atome, c’est pourquoi une unité particulière est utilisée : 1eV = 1,602.10-19 J.
• L’unité du système international est le Joule et donc pour passer en eV il suffit de diviser par 1,602.10-19 pour obtenir des eV.
• Les énergies étant faibles à l’échelle de l'atome, on utilisera l’électronvolt (eV) qui correspond au produit de la charge élémentaire (e) par une différence de potentiel de 1 volt.
• h = constante de Planck
• L’unité du système international est le Joule et donc pour passer en eV il suffit de diviser par 1,602.10-19 pour obtenir des e
• n= fréquence d’oscillation de l’onde électromagnétique
• Chaque couche électronique est caractérisée par un nombre quantique principal n qui correspond à un niveau d'Energie En qui est calculé en combinant deux expressions.
• Les énergies étant faibles à l’échelle de l’atome, on utilisera l’électronvolt (eV) qui correspond au produit de la charge élémentaire (e) par une différence de potentiel de 1 volt.
• L’énergie de liaison notée « Wn » correspond à l’énergie qu’il faut fournir pour rompre la liaison de l’électron à sa couche et aura donc une valeur positive.
• Au niveau énergétique, pour arracher un électron à l’atome, il faut apporter une énergie au moins égale à l’énergie de liaison de la couche sur laquelle il se trouve.
• Énergie de liaison : chaque couche est caractérisée par un niveau d’énergie En, ces différents niveaux d’énergie sont caractérisés par le nombre quantique n.
• Transitions électroniques : le passage d’un électron d’un niveau d’énergie à autre.
• Échanges d’énergie : les électrons ne sont pas fixes sur leur couche, un apport d’énergie fait que l’électron passe vers une couche supérieure, une libération d’énergie fait que l’électron passe vers une couche inférieure.
• Altération de la structure électronique : deux cas de figures sont possibles, l’excitation est le passage d’un électron d’une couche n à une couche immédiatement supérieure, l’ionisation est l’expulsion de l’électron de sa couche pour obtenir un ion chargé et un électron libre.
• Cas particulier de l’atome d’hydrogène (Z=1) : l’excitation c’est le passage d’un électron de sa couche K vers une couche plus périphérique, l’ionisation c’est l’expulsion de l’électron de sa couche K, on obtient alors un ion chargé (positif) et un électron libre.
• Rayonnements ionisants : E (n)= -13,6/n^2 (eV) avec 13,6 eV étant l’énergie de liaison de l’électron à la couche K de l’hydrogène et étant le seuil énergétique d’ionisation.