le modele de kimball

Fiche 29
LE MODELE DE KIMBALL
La mesure des énergies d’ionisation a permis d’attribuer à chaque électron d’un atome, un
niveau d’énergie et a amené l’hypothèse d’électrons répartis autour du noyau sur des
couches bien définies (Modèle de Bohr).
Ce modèle permet d’expliquer bon nombre de phénomènes, cependant, il ne correspond
qu’en partie à la réalité.
Le physicien Heisenberg a montré que l’on ne pouvait pas déterminer en même temps la
position et la vitesse d’un électron dans un atome. Toute tentative de localiser de façon
précise un électron perturberait de manière importante sa position et sa vitesse de sorte
que l’on ne pourrait savoir où il se trouvait et quelle direction il avait si on ne l’avait pas
observé.
Principe d’incertitude de Heisenberg :
« On ne peut connaître en même temps la position et la vitesse d’un
électron de façon suffisamment précise pour imaginer sa trajectoire sur
une orbite bien définie ».
Conséquence de ce principe :
On doit construire un modèle dans lequel on caractérise les électrons, non pas par des
trajectoires bien définies, mais par des niveaux que les électrons vont occuper, par des
espaces dans lesquelles les électrons vont se trouver. On appelle ces espaces orbitales
ou nuages électroniques.
© Sven Ortoli et Jean-Michel Pelhate, « Aventure quantique », Belin (1993).
Nous étudierons un modèle simplifié appelé « modèle de Kimball » ou « modèle à
nuages électroniques sphériques ».
Ce modèle est basé sur les principes suivants :
Ø Les orbitales ou nuages électroniques sont sphériques.
Ø Un nuage électronique peut être occupé au maximum par deux électrons (principe
d’exclusion de Pauli).
- Un électron seul dans un nuage = un électron célibataire.
- Deux électrons dans un nuage = un couple d’électrons.
Ø Comme les nuages électroniques sont négatifs, ils sont attirés par le noyau, mais ils
se repoussent entre eux et s’ordonnent de manière à ce que la répulsion soit la plus
petite possible.
Fiche 29
Le modèle de Kimball
Exemples :
L’atome d’hydrogène se compose d’un proton et d’un électron. Celuici se déplace autour du proton dans un espace sphérique.
L’atome d’hélium se compose de deux protons et de deux électrons.
Ceux-ci se déplacent autour du noyau dans un espace sphérique.
L’atome de lithium se compose de trois protons et de trois
électrons. Le troisième électron se déplace dans un nouveau
nuage sphérique.
Dans l’atome de béryllium, les deux électrons de la couche L se
déplacent dans deux nuages opposés (répulsion minimale).
Dans l’atome de bore, les trois électrons de la couche L se
déplacent dans trois nuages.
Dans l’atome de carbone, les quatre électrons de la couche L se
déplacent dans quatre nuages qui s’ordonnent suivant les sommets
d’un tétraèdre.
L’atome d’azote a un électron de plus que l’atome de carbone. Cet
électron ne peut pas aller seul dans un nouveau nuage, car seuls
quatre nuages peuvent prendre place autour du petit cœur de cet
atome. L’électron va donc former une paire dans un des nuages.
Idem pour les atomes suivants :
L’oxygène
Le fluor
et le néon
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