L'atome

 

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Aniatom.gif (11119 octets)Tu viens probablement de voir qu'en raison de sa très faible masse, notre diablotin (électron) est indésirable à l'intérieur du noyau atomique. Mais au fait peut-il aller très loin de ce dernier? Bien sûr que non car il porte une charge électrique négative (-e ~ 2×10-19 C) alors que le noyau contient Z protons de charge électrique opposée q = +Ze. La force électrique, attractive, est donc là pour le retenir et l'empêcher d'aller trop loin. Si tu préfères les parents (nucléons) ne veulent avoir pas à voir ces turbulents diablotins dans leurs pieds (noyau), mais ils les aiment quand même bien et ne veulent pas qu'ils aillent trop loin dans le jardin (atome). Tu vois c'est dans un atome comme à la maison, les parents sont toujours là pour t'empêcher de t'amuser à ta guise!

Résumons donc, en raison de leur faible masse les électrons sont soumis aux incertitudes quantiques: DDr ~ n×h. Tu peux dire que leur énergie cinétique K de nature répulsive varie comme:

S'ils sont effectivement très agités dans le noyau (Dr ~ 10-5 Å Þ K ~ 40 GeV pour n = 1), ils deviennent beaucoup plus calmes quand ils sont à 1Å de ce dernier (K ~ 4 eV pour n = 1). L'amour de leurs parents (force électrique) se mesure peut quant-à-lui être vu comme une énergie potentielle U de nature attractive qui varie comme:

Maintenant additionnes ces deux contributions pour touver l'énergie totale W, et tu obtiendras pour n = 1 (état fondamental):

Sisyphus.gif (6561 octets)Vois tu ce qui se passe? Les deux contributions cinétique K et potentielle U auquel est soumis notre diablotin sont antagonistes. Près du noyau, c'est la partie cinétique répulsive qui l'emporte, tandis que loin du noyau c'est la partie potentielle attractive qui gagne. Un atome aura donc un optimum de taille a0 et d'énergie E1. Là réside le véritable secret de la stabilité des atomes... Si tu calcules cette taille d'équilibre a0 et l'énergie de liaison E1 correspondante, tu trouveras pour un atome d'hydrogène (n = Z = 1) a0 ~ 0,5 Å et E1 ~ -14 eV.

fly.gif (14217 octets)Quelle différence de taille entre le noyau (~ 10-5 Å) et l'atome (~ 1 Å)! Tu te rappelles sûrement qu'entre le noyau et toi, il y a la même différence de taille qu'entre une mouche et le système solaire? Eh bien entre le noyau et l'atome il y a la même différence de taille qu'entre une mouche et un terrain de foot. Dans un atome la mouche est posée là au centre du terrain de jeu et l'électron gravite très loin sur le dernier gradin du stade. Entre les deux partenaires, aucun autre spectateur ou joueur n'est admis. Le stade et sa pelouse sont complètement vides et ne contiennent qu'une misérable mouche (le noyau) avec un seul spectateur (l'électron) qui n'a pas le droit de descendre du dernier gradin (première orbite autorisée). Tel est le sort que réserve la mécanique quantique à notre pauvre diablotin.

Mais alors la matière est pleine de vide? Eh bien oui, un atome est un véritable gâchis de place par rapport à la masse qu'il abrite. Si la mécanique quantique ne s'appliquait pas un millilitre d'eau ne péserait pas 1 gramme mais plutôt 1 milliard de tonnes!!! Donc la prochaine fois que tu te cogneras contre un mur, au lieu de gémir et de te lamenter, consoles toi en pensant qu'après tout le vide qui est en toi n'a fait que rencontrer le vide du mur. D'accord, deux vides qui se rencontrent cela fait quand même mal. L'histoire se s'arrête donc pas là et continue...

undercon.gif (4369 octets)Cette page a été mise à jour le 06/10/99.