Théorie quantique des atomes

La mécanique quantique est une méthode puissante de la physique moderne pour décrire les mouvements et les interactions des particules à petite échelle, comme celle des atomes. Les idées derrière la mécanique quantique peuvent souvent paraître plutôt étranges. D’autres domaines de la physique, comme la mécanique ou l’optique, peuvent être observés dans le monde physique macroscopique ; le monde microscopique des comportements quantiques est, quant à lui, beaucoup plus difficile à appréhender. Une des notions essentielles des comportements quantiques est qu’il est généralement impossible (même en principe) de mesurer un système sans le perturber. L'effet photoélectrique en est un excellent exemple. Un des principaux problèmes du modèle de Bohr est qu’il traitait les électrons comme des particules existant dans des orbites définies précisément. Mais en se basant sur l’idée formulée par Louis de Broglie selon laquelle les particules pouvaient faire preuve de comportements similaires à des ondes, le physicien Erwin Schrödinger a émis la théorie selon laquelle le comportement des électrons au sein des atomes pouvait être expliqué en les traitant comme des ondes de matière, mathématiquement parlant. Ce modèle, qui est la base même de notre compréhension actuelle d’un atome, est appelé « modèle quantique de l’atome », ou encore « modèle de mécanique ondulatoire ».

Les nombres quantiques

On utilise quatre nombres quantiques pour décrire le mouvement et les trajectoires de chaque électron au sein d’un atome. Ainsi, chaque électron dans un atome possède un ensemble unique de nombres quantiques. Les nombres quantiques désignent les coquilles, les sous-coquilles, les orbitales et les spins spécifiques des électrons. Hiérarchiquement parlant, chaque coquille est constituée d'une ou plusieurs sous-coquilles, et chaque sous-coquille est constituée d'une ou plusieurs orbitales atomiques.

Le nombre quantique principal, n

Le nombre quantique principal décrit la distance la plus probable des électrons par rapport au noyau. Plus le nombre n est grand, plus l'électron est éloigné du noyau. La taille de l'orbitale influe sur la taille de l'atome. n peut être n'importe quel nombre entier positif à partir de 1. La valeur de n désigne la coquille électronique principale.

Le nombre quantique du moment angulaire, l

Le nombre quantique du moment angulaire orbital détermine la forme d'une orbitale. Chaque valeur de l indique une sous-coquille spécifique. La valeur de l dépend du nombre quantique principal. Contrairement à n, l peut avoir une valeur nulle. l peut également être un nombre entier positif, mais sa valeur ne peut être supérieure à un de moins que le nombre quantique principal (n-1).

Le nombre quantique magnétique

Le nombre quantique magnétique détermine le nombre d'orbitales et leur orientation au sein d'une sous-coquille. Sa valeur dépend du nombre quantique du moment angulaire orbital l.

Le nombre quantique magnétique de spin

Le nombre quantique magnétique de spin ne dépend pas d'un autre nombre quantique. Il désigne la direction du spin de l'électron et peut avoir une valeur de spin de +1/2, représentée par ↑, ou de –1/2, représentée par ↓.