« Introduction à la mécanique quantique/Les orbitales atomiques » : différence entre les versions

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:''Le sujet est également abordé dans un livre de chimie générale sur Wikibooks, chapitre : [[b:Structure atomique (Chimie générale)|Structure atomique]].''
 
== Introduction ==
 
Les résultats de la mécanique quantique au sujet des particules — et notamment des électrons — ont induit une modification de la ''représentation'' que l’on a des atomes. En effet, une théorie « classique » décrivait ces ''éléments indivisibles''<ref>Le terme « atome » vient directement du grec et signifie « insécable ». Bien que la découverte du noyau, puis des réactions nucléaires, a montré que cette idée était fausse, le terme est resté. </ref> comme constitués d'un noyau autour duquel un ou plusieurs électrons décrivent des orbites plus ou moins circulaires, à la manière de Bohr ou de Sommerfeld.
{{clr}}
 
== Représentation des orbitales atomiques ==
 
{| style="float:right"
Enfin, on peut indiquer la phase de la fonction d'onde en apposant des couleurs. Cette information n'ayant pour un atome seul assez peu d'intérêt, elle est le plus souvent omise.
 
== Approximation orbitale ==
Le problème consistant à trouver les orbitales atomiques est difficile à résoudre : il faudrait, en toute rigueur, tenir compte des interactions entre les électrons et le noyau, entre les électrons eux-mêmes ainsi que des mouvements d'ensemble… Pour pouvoir répondre à ce problème, nous sommes amenés à effectuer un certain nombre d'approximations courantes :
 
où les fonctions d'ondes Ψ<sub>''i''</sub> sont les fonctions d'ondes associées à des électrons ''seuls'' (comme dans l'hydrogène). Nous pouvons ainsi adapter les résultats obtenus pour l'hydrogène — où il n'y a effectivement pas d'interactions entre électrons — à des atomes polyélectroniques. Les orbitales atomiques de l'hydrogène, obtenues en résolvant l'équation de Schrödinger, se retrouvent donc dans l'approximation orbitale pour d'autres atomes.
 
== Théorie de Slater ==
Dans la pratique, négliger les interactions entre électrons n’est pas toujours possible. [[w:John Clark Slater|John Clark Slater]] a proposé une méthode permettant de corriger les résultats obtenus.<ref>{{en}} [[w:John Clark Slater|John C. Slater]], « ''Atomic Shielding Constants''», Phys. Rev. vol. ''36'', {{p.|57}} (1930).</ref>
 
En réalité, les corrections en question sont déterminées empiriquement pour que la théorie colle aux résultats expérimentaux. On obtient ainsi des tableaux donnant la contribution de chaque électron à cet effet d'écrantage, qui permettent de corriger la charge du noyau.
 
== Énergie des orbitales ==
 
== Forme des orbitales ==
 
===== Surface frontière (vue 3D) =====
 
La Surface frontière est la surface à l’intérieur de laquelle la probabilité de trouver un électron est grande.
<div style="text-align: center;">[[Fichier:Orbitale-d.jpg]]</div>
 
===== Sections de Ψ (vue 2D) =====
 
Ces sections vont bissecter (couper en deux) l’orbitale en passant par le noyau → passage d'un repère 3D à un repère plane, 2D.
On peut voir qu’il existe 1 nœud se trouvant au niveau de l'anneau entourant le noyau. Cet anneau, que l’on appelle un volume torique, va induire un changement de signe d'un lobe à un autre, ces derniers étant centrés sur l'axe z. Sur ce nœud torique, le signe sera nul.
 
===== Conclusions =====
[[Fichier:EvolutionΨ.jpg|thumb|350px|right]]
 
• Dans les orbitales d : 2 nœuds plan et n-3 nœud(s) sphérique(s)
 
== Évolution de Ψ ou Ψ{{exp|2}} par rapport à la distance du noyau ==
 
 
- Ψ varie au niveau du signe, passant du + au - au fil des nœuds rencontrés. Par contre, Ψ{{exp|2}} sera toujours de signe positif (de par la mise au carré de Ψ)
 
== Notes et références ==
<references />
 
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