Modèle atomique de Schrödinger: caractéristiques, postulats

Le modèle atomique de Schrödinger a été développé par Erwin Schrödinger en 1926. Cette proposition est connue sous le nom de modèle mécanique quantique de l'atome et décrit le comportement ondulatoire de l'électron.

Pour cela, l'excellent physicien autrichien s'est basé sur l'hypothèse de Broglie, qui a déclaré que chaque particule en mouvement est associée à une onde et peut se comporter comme telle.

Schrödinger a suggéré que le mouvement des électrons dans l'atome correspondait à la dualité onde-particule et que, par conséquent, les électrons pourraient être mobilisés autour du noyau sous forme d'ondes stationnaires.

Schrödinger, qui reçut le prix Nobel en 1933 pour ses contributions à la théorie atomique, développa l'équation du même nom pour calculer la probabilité qu'un électron se trouve dans une position spécifique.

Caractéristiques du modèle atomique de Schrödinger

-Décrit le mouvement des électrons comme des ondes stationnaires.

-Les électrons se déplacent constamment, c'est-à-dire qu'ils n'ont pas de position fixe ou définie dans l'atome.

-Ce modèle ne prédit pas la position de l'électron, ni ne décrit la route qu'il fait dans l'atome. Il n'établit qu'une zone de probabilité pour localiser l'électron.

- Ces zones de probabilité s'appellent des orbitales atomiques. Les orbitales décrivent un mouvement de translation autour du noyau de l'atome.

Ces orbitales atomiques ont différents niveaux et sous-niveaux d'énergie et peuvent être définies entre des nuages d'électrons.

-Le modèle ne considère pas la stabilité du noyau, il se contente d'expliquer la mécanique quantique associée au mouvement des électrons dans l'atome.

Expérience

Le modèle atomique de Schrödinger est basé sur l'hypothèse de Broglie et sur les modèles atomiques précédents de Bohr et Sommerfeld.

Pour ce faire, Schrödinger s’appuie sur l’expérience de Young et développe, à partir de ses propres observations, l’expression mathématique qui porte son nom.

Suivant les fondements scientifiques de ce modèle atomique:

Expérience de Young: première démonstration de la dualité onde-particule

L'hypothèse de Broglie sur la nature ondulatoire et corpusculaire de la matière peut être démontrée par la Young Experiment, également connue sous le nom d'expérience à double fente.

Le scientifique anglais Thomas Young a jeté les bases du modèle atomique de Schrödinger lorsqu'il réalisa en 1801 l'expérience de vérification de la nature ondulatoire de la lumière.

Au cours de son expérience, Young divise l'émission d'un faisceau de lumière qui passe à travers un petit trou à travers une chambre d'observation. Cette division est réalisée grâce à l’utilisation d’une carte de 0, 2 millimètre, située parallèlement au faisceau.

L’expérience a été conçue de manière à ce que le faisceau de lumière soit plus large que la carte. Ainsi, lorsqu’elle a été placée horizontalement, le faisceau a été divisé en deux parties à peu près égales. La sortie des faisceaux lumineux était dirigée par un miroir.

Les deux faisceaux de lumière heurtèrent un mur dans une pièce sombre. Là, le modèle d'interférence entre les deux ondes était évident, avec lequel il a été démontré que la lumière pouvait se comporter autant qu'une particule qu'une onde.

Un siècle plus tard, Albert Einsten a renforcé l'idée à travers les principes de la mécanique quantique.

L'équation de Schrödinger

Schrödinger a développé deux modèles mathématiques, différenciant ce qui se passe selon que l'état quantique change ou non dans le temps.

Pour l'analyse atomique, Schrödinger a publié à la fin de 1926 l'équation de Schrödinger indépendante du temps, qui repose sur des fonctions d'onde qui se comportent comme des ondes stationnaires.

Cela implique que l'onde ne bouge pas, ses nœuds, c'est-à-dire ses points d'équilibre, servent de pivot au reste de la structure pour se déplacer autour d'eux, décrivant une certaine fréquence et une certaine amplitude.

Schrödinger a défini les ondes qui décrivent les électrons comme des états stationnaires ou orbitaux, et qui sont associées à leur tour à différents niveaux d'énergie.

L'équation de Schrödinger indépendante du temps est la suivante:

Où:

E : constante de proportionnalité.

Ψ : fonction d'onde du système quantique.

Η: opérateur hamiltonien.

L'équation de Schrödinger indépendante du temps est utilisée lorsque l'observable représentant l'énergie totale du système, appelé opérateur hamiltonien, ne dépend pas du temps. Cependant, la fonction décrivant le mouvement total de l’onde dépendra toujours du temps.

L'équation de Schrödinger indique que si nous avons une fonction d'onde Ψ et que l'opérateur hamiltonien agit dessus, la constante de proportionnalité E représente l'énergie totale du système quantique dans l'un de ses états stationnaires.

Appliqué au modèle atomique de Schrödinger, si l'électron se déplace dans un espace défini, il existe des valeurs d'énergie discrètes, et si l'électron se déplace librement dans l'espace, il existe des intervalles d'énergie continus.

Du point de vue mathématique, il existe plusieurs solutions pour l’équation de Schrödinger, chaque solution impliquant une valeur différente pour la constante de proportionnalité E.

Selon le principe d'incertitude de Heisenberg, il n'est pas possible d'estimer la position ou l'énergie d'un électron. En conséquence, les scientifiques reconnaissent que l'estimation de la position de l'électron dans l'atome est inexacte.

Postulats

Les postulats du modèle atomique de Schrödinger sont les suivants:

-Les électrons se comportent comme des ondes stationnaires réparties dans l'espace en fonction de la fonction d'onde.

-Les électrons se déplacent à l'intérieur de l'atome pour décrire les orbitales. Ce sont des domaines où la probabilité de trouver un électron est considérablement plus élevée. La probabilité visée est proportionnelle au carré de la fonction d'onde 2.

La configuration électronique du modèle atomique de Schrödinguer explique les propriétés périodiques des atomes et les liaisons qu'ils forment.

Cependant, le modèle atomique de Schrödinger ne considère pas le spin des électrons, pas plus qu'il n'envisage les variations du comportement des électrons rapides dues à des effets relativistes.