7.9: Le modèle mécanique-quantique d'un atome

Rappelons que la nature-particule et la nature-onde d'un électron, et par extension sa position et sa vitesse, sont des propriétés complémentaires. De même, puisque l'énergie cinétique est fonction de la vitesse, la position et l'énergie sont également des propriétés complémentaires. Par conséquent, pour un électron avec une énergie bien définie, sa position est moins précisément connue.

Au lieu de cela, la position de l'électron est décrite par une densité de probabilité d'électron qui mappe la probabilité de trouver un électron à une énergie spécifique. Dans cette représentation, l'électron est plus susceptible d'être plus proche du noyau d'atome que de très loin. Les énergies et la distribution de probabilité d'un électron sont mathématiquement dérivées en résolvant l'équation de Schrödinger, qui intègre à la fois la nature des ondes et la nature des particules de l'électron.

Ici, E est l'énergie de l'électron, H est un opérateur mathématique, et le psi est une fonction d'onde. La résolution de l'Equation de Schrödinger donne de nombreuses fonctions d'onde possibles. Cependant, c'est le carré de la fonction d'onde, psi-carré, qui représente la densité de probabilité d'électrons.

La densité des points est proportionnelle à la probabilité par unité de volume de localiser l'électron à une position particulière. Un diagramme de psi-carré par rapport à r la distance du noyau de l'atome-montre où l'électron est le plus susceptible d'exister dans un atome. Plus la valeur de psi-carré est grande, plus la probabilité de trouver l'électron est élevée.

Cette carte particulière représente la densité de probabilité de l'hydrogène, qui a 1 électron. La région tridimensionnelle où il y a la plus forte probabilité de trouver un électron d'énergie spécifique est appelée une orbitale. Les orbitales ont des formes variables, allant de sphériques à plus complexes, en fonction des valeurs de leurs nombres quantiques.

Ces orbitales ne sont pas les mêmes que les orbites qui ont été initialement décrites par Bohr dans son modèle atomique. Dans le modèle de Bohr, les orbites représentent des niveaux d'énergie quantifiés. Ainsi, le modèle mécanique quantique de l'atome, qui est basé sur des probabilités, est la représentation la plus contemporaine de la structure atomique.

Il fournit une représentation plus précise de l'atome en représentant la densité de probabilité des électrons comme un nuage"d'électrons entourant le noyau.