• Comportement du chien et
    du chat
  • Celui qui connait vraiment les animaux est par là même capable de comprendre pleinement le caractère unique de l'homme
    • Konrad Lorenz
  • Biologie, neurosciences et
    sciences en général
  •  Le but des sciences n'est pas d'ouvrir une porte à la sagesse infinie,
    mais de poser une limite à l'erreur infinie
    • La vie de Galilée de Bertold Brecht

Modèle standard des particules
Atome : électrons

Sommaire
  1. Mécanique quantique
  2. Modèle standard des particules
    1. Vue d'ensemble
      1. Statistique de Fermi-Dirac
      2. Principe d'exclusion de Pauli
      3. Statistique de Bose-Einstein
      4. Antiparticules
        1. Annihilation particules/antiparticules
        2. Asymétrie baryonique de l'univers
          1. Vue d'ensemble
          2. Baryogenèse
    2. Atome
      1. Noyau
        1. Nucléons
          1. Neutron
          2. Proton
          3. Nombre de nucléons et tableau périodique
          4. Forces intervenant dans le noyau
        2. Structure nucléaire
          1. Modèle de la goutte liquide
            1. Vue d'ensemble
            2. Nombres magiques et vallée de la stabilité
          2. Modèle en couches
          3. Modèle du champ moyen
      2. Électrons
        1. Propriétés des électrons
        2. Orbitales et spin-orbitales
        3. Ionisation et ions
    3. Fermions
      1. Vue d'ensemble
      2. Quarks
        1. Vue d'ensemble
        2. Propriétés des quarks
        3. Saveurs des quarks
      3. Hadrons
        1. Baryons
          1. Vue d'ensemble
          2. Nombre baryonique
          3. Classification des baryons
            1. Baryons stables : nucléons
            2. Baryons instables
              1. Baryons Delta
              2. Baryons Lambda
              3. Baryons Sigma
              4. Baryons Xi
              5. Baryons Oméga
        2. Mésons
          1. Vue d'ensemble des mésons
          2. Propriétés des mésons
          3. Classification et liste des mésons
            1. Kaons
            2. Pions
      4. Leptons
        1. Vue d'ensemble
        2. Nombres leptoniques
        3. Propriétés des leptons
    4. Bosons
      1. Vue d'ensemble
      2. Gluons : bosons de jauge de l'interaction forte
        1. Propriétés des gluons
        2. Échanges de gluons
        3. Autres formes de gluons
      3. Photons : bosons de jauge de l'interaction électromagnétique
        1. Propriétés des photons
        2. Émission et absorpton de photons
        3. Particules et vitesse de la lumière
      4. Bosons W± et Z0 : bosons de jauge de l'interaction faible
      5. Boson de Higgs
        1. Mécanisme de Higgs
        2. Propriétés du boson de Higgs
    5. Réactions nucléaires
      1. Fusion
      2. Fission
      3. Radioactivité
      4. Photodesintegration
      5. Spallation
      6. Multifragmentation
    6. Rayonnements et interactions avec la matière
      1. Diffusion (ou choc)
      2. Rayonnements ionisants
      3. Interactions des rayonnements avec la matière
        1. interactions de photons avec la matière
        2. interactions des particules massives
  3. Interactions ou forces fondamentales
    1. Vue d'ensemble
      1. Interaction nucléaire forte
      2. Interaction électromagnétique
      3. Interaction faible
      4. Gravitation
    2. Comment expliquer que les soient portées par des particules ?
      1. Que se passe-il en mécanique quantique ?
      2. Paramètres libres
        1. Constantes de couplages
        2. Autres paramètres libres
    3. Chromodynamique quantique (QCD)
      1. Charges de couleur
        1. Couleurs des quarks
        2. Couleurs des gluons
        3. Changements de couleurs
      2. Isospin (fort ou spin isobarique)
    4. Électrodynamique quantique (QED)
      1. Vue d'ensemble
      2. Diagramme de Feynmann
    5. Interaction faible
      1. Propriétés de l'interaction faible
      2. Isospin faible
    6. Interaction électrofaible
    7. Gravitation
  4. Modèle de l'univers : Big Bang

Bibliographie

définition

Un atome est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec un autre.

Ernest Rutherford et l'atome de lithium
Ernest Rutherford et l'atome de lithium
(Figure : vetopsy.fr)

L'atome (du grec " atomos ", insécable, notion introduite par Leucippe, reprise par Démocrite) est composé :

  • 1. d'un noyau, qui contient l'essentiel de la masse (99,97%), comprenant des nucléons : neutrons qui, comme leur nom l'indique, sont neutres, et les protons de charge positive ($e^+$) ;
  • 2. d'électrons, de charge électrique négative ($e^-$).

Vue d'ensemble

définition

L'électron est une particule élémentaire porteuse d'une charge élémentaire de signe négatif qui compose les atomes avec les neutrons et les protons.

L'électron est un fermion (spin demi-entier) qui :

Leptons
Les leptons (sans leurs antiparticules)
(Figure : vetopsy.fr)

L'électron, qui est une saveur leptonique, forme un doublet faible avec son neutrino ($\nu$ : nu grec).

Propriétés des électrons

L'électron possède une charge électrique négative ($e^-\approx-1,602\times10^{-19}\;C$).

Cette charge est utilisée comme unité standard pour les particules.

1. Sa masse ($m_e$) est de $511 \;KeV/c^2\approx9,109\times10^{-31}\;kg$. Elle est environ 1836 fois plus faible que celle du proton.

Son rayon ($r_e$) est d'environ $2,81\times10^{-31}\;m$.

2. Son nombre leptonique total $L$ et son nombre électronique $L_{\displaystyle e}$ sont égaux à $1$.

Chaque nombre leptonique est conservé séparément.

3. Son spin est égal à $1/2$.

Annihilation électron-positron
Annihilation électron-positron
(Figure : vetopsy.fr)

Son moment magnétique de spin est approximativement égal au magnéton de Bohr ($\mu_B=9,274 009 49(80)×10^{-24}\;JT^{-1}$).

4. Son isospin faible est égal à :

  • $T_3=-1/2$ pour l'électron gauche ;
  • $T_3=0$ pour l'électron droit.

Son neutrino possède un $T_3=+1/2$.

Son hypercharge faible est de $Y^W=-1$ pour l'électron gauche et de $Y^W=-2$ pour l'électron droit.

5. Sa parité $\mathcal P$ est $+1$.

6. Sa durée de vie est $>2,1\times10^{36}$ s, c'est-à-dire supérieur à l'âge de l'univers ($13,77\pm0,059$ milliards d'années ou $4,34\times10^{17}$ s).

7.L'antiparticule de l'électron est le positron, de charge électrique $e^+$.

Leur rencontre produit leur l'annihilation (cf. animation) :

bien

Les électrons sont sujets aux interactions électromagnétique, faible et à la gravitation.

Orbitales et spin-orbitales

Spectre atomique de l'hydrogène et série de Balmer
Spectre atomique de l'hydrogène et série de Balmer
(Figure : vetopsy.fr)

Les électrons sont situés sur des orbitales atomiques (cf. chapitre spécial sur les orbitales et les spin-orbitales) : chaque fois qu'il saute d'une orbite à l'autre, il émet un photon (cf. configuration électronique)

En mécanique quantique, dans le modèle de l'atome de Bohr, l'électron peut être entièrement défini par un jeu de quatre nombres quantiques, les nombres quantiques " intrinsèques ", nommé case quantique.

La fonction d'onde est une densité de probabilité de présence à valeur complexe.

  • On a seulement une certaine probabilité de trouver un électron dans un certain volume, d'où la notion de nuage électronique.
  • On peut aussi en déduire que trouver un électron a un endroit déterminé est nul, ce qui confirme le principe d'incertitude.
Orbitales de l'atome d'hydrogène
Orbitales de l'atome d'hydrogène

Selon le principe d'exclusion de Pauli pour les fermions, deux électrons appartenant à un même atome ne peuvent avoir leurs quatre nombres quantiques identiques.

1. Un électron est dit célibataire s'il est seul dans une orbitale.

2. Deux électrons sont dits appariés s'ils partagent la même orbitale.

3. Un électron de coeur est un électron situé dans une couche complètement remplie (sauf les sous-couches d et f).

Une sous-couche pleine est très stable d'après les règles de Hund.

4. Un électron de valence est un électron situé :

bien

Vous pouvez voir le remplissage des couches dans le tableau périodique et toutes les configurations électroniques des éléments chimiques à l'état fondamental.

Tableau périodique des éléments
Tableau périodique des éléments (pour une grande taille cliquer sur ce lien)
(Figure : vetopsy.fr d'après 2012rc)

Le nombre d'électrons varie suivant les atomes.

  • Dans un atome, le nombre d'électrons correspond au nombre de protons ou nombre atomique (Z), ce qui veut dire que cet atome est électriquement neutre.
  • Exemples d'ions
    Exemples d'ions
    (Figure : vetopsy.fr)
    L'hydrogène " classique " 1H possède 1 proton et 1 électron. Le deutérium 2H (1 proton, 1 neutron) et le tritium 3H (1 proton, 2 neutrons) sont des isotopes, mais possède toujours le même nombre d'électron et de proton.

Les ions sont des atomes ou groupes d'atomes qui ont gagné ou perdu un ou plusieurs électrons et possèdent donc une charge positive ou négative (loupechapitre spécial).

Par l'ionisation, on distingue :

  • les cations chargés positivement, i.e. qui ont perdu un ou plusieurs électrons ;
  • les anions chargés négativement, i.e. qui ont gagné un ou plusieurs électrons ;
  • les zwitterions, de l'allemand " Zwitter ", hybride ou hermaphrodite) qui possèdent en même temps des charges positives et négatives comme certains acides aminés.

Fermions

Bibliographie
  • Pas de bibliographie disponible