Introduction à la notion de nombre quantique
Le nombre quantique est un concept important de la physique quantique, qui permet de décrire les propriétés des particules subatomiques. Il s’agit d’une série de nombres qui permettent de décrire l’état d’une particule, en termes de son énergie, de son moment angulaire et de sa position. Les nombres quantiques ont été introduits pour la première fois par Niels Bohr en 1913, pour décrire l’atome d’hydrogène.
Les nombres quantiques sont utilisés pour décrire les orbitales atomiques, qui sont les régions de l’espace où les électrons sont susceptibles d’être trouvés. Le modèle de l’atome d’hydrogène de Bohr a été remplacé par le modèle de l’atome de Schrödinger, qui utilise les nombres quantiques pour décrire les niveaux d’énergie des électrons dans un atome. Les nombres quantiques permettent également de prédire les propriétés chimiques des atomes.
Les différents types de nombres quantiques
Il existe quatre types de nombres quantiques, qui sont le nombre quantique principal (n), le nombre quantique secondaire (l), le nombre quantique magnétique (m) et le nombre quantique de spin (s). Le nombre quantique principal décrit l’énergie de l’électron, et peut prendre des valeurs entières positives. Le nombre quantique secondaire décrit la forme de l’orbital, et peut prendre des valeurs allant de 0 à n-1.
Le nombre quantique magnétique décrit l’orientation de l’orbital dans l’espace, et peut prendre des valeurs allant de -l à l. Le nombre quantique de spin décrit la rotation de l’électron autour de son axe, et peut prendre deux valeurs possibles : +1/2 ou -1/2. Les nombres quantiques sont utilisés pour décrire les orbitales atomiques, qui sont les régions de l’espace où les électrons sont susceptibles d’être trouvés.
Utilisation des nombres quantiques en chimie
Les nombres quantiques sont utilisés en chimie pour prédire les propriétés chimiques des atomes. Par exemple, les orbitales avec des nombres quantiques élevés ont des énergies plus élevées, et les orbitales avec des nombres quantiques plus élevés ont des formes plus complexes. Les nombres quantiques sont également utilisés pour prédire le nombre d’électrons qui se trouvent dans chaque orbitale.
Les nombres quantiques peuvent également être utilisés pour prédire la périodicité des éléments dans le tableau périodique. Les éléments avec des orbitales remplies ont tendance à être plus stables, et les éléments avec des orbitales partiellement remplies ont tendance à être plus réactifs. Les nombres quantiques sont donc utilisés pour prédire la réactivité des éléments.
Exemple d’application des nombres quantiques
Un exemple d’application des nombres quantiques est la prédiction de la configuration électronique de l’atome de carbone. Le carbone a 6 électrons, donc il a une configuration électronique de 1s2 2s2 2p2. Le nombre quantique principal pour les électrons de la couche 1 est n=1, et le nombre quantique secondaire pour les électrons de la couche 1 est l=0. Le nombre quantique principal pour les électrons de la couche 2 est n=2, et le nombre quantique secondaire pour les électrons de la couche 2 est l=0 ou l=1.
Les électrons de la couche 1 occupent l’orbital 1s, et les électrons de la couche 2 occupent les orbitales 2s et 2p. Le nombre quantique magnétique pour les électrons de la couche 2p est m=-1, 0 ou 1, et le nombre quantique de spin pour tous les électrons est s=+1/2 ou s=-1/2. La configuration électronique de l’atome de carbone est donc 1s2 2s2 2p2.
