EM : Ionisation

Je vais écrire deux articles pour évoquer l’ionisation dont celui ci est le premier. Avant de parler de l’ionisation, je vais faire un rappel (surtout pour moi) de la structure atomique des éléments. Les atomes (du grec atomos : insécable) sont les briques de la matière. Au Vème siècle avant J.-C., le Grec Leucippe de Milet et son élève Démocrite avaient suggéré, par analogie avec les plages hellènes qui semblent uniformes de loin mais sont en réalité faites de grains de sable, que la matière est composée de briques indivisibles.

Le modèle atomique du physicien anglais d’origine néo-zélande, Ernest Rutherford, date de 1911. Il proposa une vision de l’atome analogue à celle du système solaire : de la même façon que les planètes tournent autour du Soleil, les électrons décrivent des orbites autour du noyau. La force mise en jeu pour maintenir la cohésion de l’ensemble est électrique, alors que dans le cas des planètes, elle est gravitationnelle (voir l’article EM : Quelques notions de base et de grandeurs électriques suite).

Niels Bohr, physicien danois, améliore ce modèle en 1913 en y incorporant la vision de la mécanique quantique. Selon cette nouvelle physique, née au début du XXème siècle avec la découverte du photon, l’électron ne peut « tourner » autour du noyau qu’à certaines distances, ainsi, les physiciens peuvent quantifiés les rayons des orbites.

Par exemple, dans l’atome le plus simple, l’atome de l’hydrogène, qui ne comporte qu’un proton et qu’un électron, le rayon de l’orbite, appelé rayon de Bohr, est de 0,053 nm (pour une comparaison des longueurs, voir Notions de grandeurs d’ions ou particules d’argent colloïdal). Le nombre maximal d’électrons par orbite obéit aussi à des règles : 2 sur la première, 8 sur la deuxième …

Les électrons occupent les orbites, en commençant par la plus proche du noyau, en respectant le nombre maximum autorisé pour chacune. Une autre conséquence de la mécanique quantique est le fait que l’électron est un peu partout à la fois sur son orbite ! On doit plutôt parler de nuage électronique que d’un électron « ponctuel » et les chimistes utilisent le mot « orbitale » pour désigner la distribution spatiale de l’électron.

Hélium

Hélium

Carbone

Carbone

Les électrons des premières orbites sont appelés électrons de cœur. Ils sont les plus près du noyau et très liés à ce dernier. Les électrons situés en périphérie sur la dernière couche sont appelés électrons de valence et ils vont être les principaux acteurs de la vie chimique de l’atome en lui permettant de se lier à d’autres atomes pour créer des édifices plus gros, que l’on appelle les molécules, ces électrons de valence peuvent interagir avec la lumière. De même que l’on forme des mots à l’aide des lettres de l’alphabet, puis des phrases à l’aide des mots, de même, à l’aide des électrons de valence, les atomes se combinent pour former des molécules, exemple la molécule d’eau H2O.

Dans le prochain article, je vais parler de l’énergie des atomes et en fin de l’ionisation, donc à suivre …

Texte tiré en partie de l’excellent livre de vulgarisation « Lumière Matière » Nature des sciences de Séverine Martrenchard-Barra, des éditions de CNRS.


Les vues présentées sont les miennes et peuvent évoluer sans qu’il soit nécessaire de faire une mise à jour dans l’article même. Il se pourrait que j’apporte des rectifications ou évolutions dans l’avenir dans un autre article, si de nouveaux éléments viennent contredire mes propos. Les articles présentés ne constituent en rien une invitation à suivre aveuglement.

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