Le modèle de Bohr

I. Théorie

La composition d'un atome, la répartition des charges négatives autour d'un noyau positif ont été découverts aux horizons de 1912. Ce n'est qu'en 1932 que Rutherford assisté de Chadwick mettra en évidence la présence de particules neutres de masse comparable à celle d'un proton au sein du noyau.

Un défi de taille reste encore à expliquer à cette époque: l'émission de lumière par des atomes. Or, à cette époque, il est connu que l'émission de photons (de lumière) correspond à une énergie. Autrement dit, si l'atome émet de la lumière, c'est qu'il perd de l'énergie ! Or, les électrons ne semblent pas s'écraser sur le noyau ou les atomes subitement disparaitre et devenir instables !

Afin de rendre compte de cette stabilité atomique, Niels Bohr crée en 1913 un nouveau modèle d'atome:
Les orbites des électrons ne sont pas quelconques mais "quantifiées" (c'est à dire que tous les électrons se trouvant sur une même orbite possède la même énergie et que cette quantité d'énergie ne peut pas prendre n'importe quelle valeur, mais une de celles définies pour une couche existante).; seules certaines orbites particulières sont permises pour l'électron (correspondant dont à une certaine quantité d'énergie). Ce n'est que lorsque celui-ci saute d'une orbite à l'autre qu'il peut émettre (ou absorber) de la lumière.

 

Selon le modèle de Bohr, l'électron tourne autour du noyau, sur une couche électronique bien définie*.

(*) résultats de son expérimentation !

L'électron est sur une couche électronique plus énergétique. Cette situation est instable et le besoin de stabilité l'amène à perdre cette énergie pour se rapprocher du noyau.
L'électron est à nouveau sur sa couche électronique définie.
Sous l'effet de l'énergie thermique (chaleur) ou électrique ou encore par une onde électromagnétique (photon), l'électron est excité par cette énergie qu'il absorbe et saute sur une couche électronique plus énergétique.
L'électron revient sur sa couche électronique, à son état fondamental. Lors de son retour, il libère, sous forme d'énergie lumineuse (photons), l'énergie thermique ou électrique qu'il avait absorbée.

Ressources de ce résumé: © Copyright 1997
Tous droits réservés à l'Association québécoise des utilisateurs de l'ordinateur au primaire-secondaire (AQUOPS-CyberScol).
Conçu et administré par Ghislaine Bourque; illustrations: Olivier Caya

 

II. Application : Laboratoire - L'expérience des sels chauffés.

Ressources Site web "Science amusante" : http://www.scienceamusante.net, © 1998-2008 Clovis Darrigan, Anima-Science. 

1. Objectif :

Mettre en évidence la véracité du modèle de Bohr.

2. Matériel  :  

3. Mode Opératoire :

3.1 Baguettes en bois

Schéma :

Note : ici, les sels ont étés dilués dans de l'eau  (H2O)

photo: © Clovis Darrigan 

blanc   =  sels d'antimoine(Sb) ou poudre d'aluminium (Al)

4. Résultats : 

Construire deux tableaux avec les résultats et en analyser les résultats. Pourquoi y a t-il  une émission de lumière ? Pourquoi celle-ci n'est pas toujours de la même couleur ? Pourquoi les intensités ne sont-elles pas identiques ?

Indique dans les cases du tableau périodique ci-dessous,  les éléments observés lors de ce laboratoire et les couleurs émises.

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

1

H

                               

He

2

LiCl [rouge intense]

 

                               

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

KCl[faible]

 

 

 

 

 

 

 

 

 CoCl2[faible]

Ni 

CuCl2

 

 

 

 

 

 

5

[violet] 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

[violet]

 [faible]

La

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

At

 

Voici quelques-uns un des phénomènes observés avec d'autres sels (en photo), Que pouvez-vous en déduire ? Attention, il faut également savoir que les couleurs photographiées ne sont  pas rendues à 100%. 

K NO3

Li NO3

Sr (NO3)2 Na Cl

Cu SO4

Ba (NO3)2

Ressources : Photographies reprises du site web "scienceamusante.net"
(http://scienceamusante.net ), avec l'accord de son auteur. © 1998 Clovis Darrigan.

   

Eléments de la famille 1 (Ia)

   
 

Quelques photophores colorés. Essaye d'identifier les éléments présents.

III. Représentation du modèle de Bohr

Les travaux de Niels Bohr

Niels Bohr est un physicien danois (7 octobre 1885 à Copenhague, Danemark - 18 novembre 1962 à Copenhague, Danemark).

Il propose en 1913 un modèle de l’atome amélioré en suggérant :

Il existe 7 couches électroniques autour du noyau d’un atome. Chaque couche correspond à une énergie.

Ces couches sont désignées par un nombre n de 1 à 7, appelé nombre quantique.  Ces couches sont également désignées par une lettre.

Valeur de n

1

2

3

4

5

6

7

Lettre de la couche(à titre indicatif)

K

L

M

N

O

P

Q

 

III.1. La représentation d’un atome selon le modèle de Bohr

Où la couche 1 est la couche de plus basse énergie et la couche 4 est la couche de plus haute énergie.

 

III.2. La représentation d’un atome selon le modèle de Bohr

Les règles

Pour les éléments des 3 premières périodes :

Exemple : la représentation de l’oxygène dans le modèle de Bohr

 

K2 L6

Calculons le nombre théorique maximal d’électrons que peut contenir chaque couche

Lettre de la couche

K

L

M

N

O

P

Q

Valeur de n

 

 

 

 

 

Nombre d’électrons max. (2n²)

 

 

 

 

32 !!

18 !!

8 !!

 

Pour les éléments des autres périodes (4 à 7) :

Exemple : la représentation du Fer dans le modèle de Bohr

K

2

26

Fe

55,85

L

8

M

14

N

2

 

 

 

K2 L8 M14 N2

  

Ce qu'il faut savoir :  sur chaque couche peut se trouver au maximum 2n2 électrons ( n étant le chiffre qui désigne la période). Exemple pour la période 2, le maximum d'électrons de la couche sera : 2. (2)2 soit 8. !!  Ce nombre n est appelé nombre quantique. ( Note : à partir de la 4° période d'autres règles s'appliquent et il ne faut plus nécessairement qu'une couche soit remplie totalement pour pouvoir en mettre une autre. Dans ce cas, se référer au tableau périodique).

I. Détermine le nom et la formule des éléments correspondants aux modèles représentés.

  Hydrogène , H isotope 7 du Lithium (7Li)
A. B.

II. Détermine le nombre d’électrons présents sur les couches des éléments suivants : 

Li  | KLMNOP

Mg | KLMNOP

Cr | KLMNOP

Hg  | KLMNOP

III. Donne le nom des éléments possédant la répartition électronique suivante :

2 ; 3 2 ; 8 ; 8 ; 2 2 ; 8 ; 18 ; 7

IV. Complète le tableau suivant :

nom

symbole

Z

Nombre total

Structure selon Bohr

n° de la période

e-

p+

K

L

M

N

O

 

Argent

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

44

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

8

18

5

-

 

 

IV. Application du modèle de Bohr : Les ampoules à décharges

IV.1. Composition des ampoules « économiques » fluo compactes

Composition chimique : mélange gazeux de mercure et d’argon. (L’argon ne joue aucun rôle dans la réaction).

k

2

80

Hg

200,59

L

8

M

18

N

32

O

18

P

2

 

R : 23-33-50/53

S : 7-45-60-61

Propriétés physiques

État ordinaire (CNTP)

Liquide

Température de fusion

-38,87 °C

Température d'ébullition

356,6 °C

 

Une ampoule économique type « fluo compacte » contient environ 5 mg de mercure.

 

La concentration maximale admissible sur le lieu de travail du mercure s’élève à  0,05 mg/m³.

L’exposition aux vapeurs de mercure peut entraîner des inflammations des bronches et des bronchioles, la plupart du temps accompagnées d’une détresse respiratoire et d’une cyanose (coloration bleutée de la peau, des muqueuses et des ongles du fait de  ’augmentation de l’hémoglobine réduite dans le sang capillaire). Ces  symptômes peuvent apparaître après quelques heures d’exposition seulement à des concentrations de plus de 1-3 mg de mercure par m3, fréquemment accompagnés de céphalées et de fièvre.

source: Confédération suisse | Département fédéral de l'intérieur DFI | Office fédéral de la santé publique OFSP, Unité de direction Protection des consommateurs, juin 2007

avantages

inconvénients

 

IV.2. Type de lumière émise (quelles sont les énergies des photons émis ?)   

IV.2.1. L'émission du Mercure

Type de lumière émise (photons) : essentiellement  des UV (lumière invisible de haute énergie) et quelques bandes (orange-jaune-vert-bleu-violet).

La composition chimique de la poudre fluorescente est un secret industriel et chaque poudre ou mélange est protégé par un brevet.

On peut juste signaler qu’il s’agit souvent de sels de phosphore.

 

IV.2.2. L'émission d'une ampoule à incandescence comparée à un tube fluo compacte ("néon")

A la simple émission des atomes de mercure, vient s'ajouter l'émission de la poudre fluorescente qui permet d'étendre la gamme des photons émis.

Lumière émise par une ampoule à incandescence

Lumière émise par une ampoule fluo compacte (émission du mercure + émission des sels fluorescents)

          

I.R.

rouge

jaune

vert

bleu

mauve

U.V.

 

L’émission d’Ultra violets de l’ampoule fluo compacte n’apparaît pas, car l’enveloppe en verre stoppe les rayons U.V. Ils ne sont donc pas visibles sur le spectre de l’ampoule.

 

IV.3. Schéma d'une ampoule fluo compacte

 
Source schéma  - Journal de Montréal retravaillé  (public domain)

IV.4. Principe de fonctionnement au niveau atomique expliqué à l'aide du modèle de Bohr

étape 1

étape 2


 
 

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Copyright © 2000 -novembre 2014 |  Miseur Ludovic | www.educations.net | tous droits réservés |  remis à jour le : 09/11/14

Source à renseigner :
Miseur L., « La Chimie.net », <http://www.lachimie.net>, novembre 2014, visité le ....