Déverrouiller les mystères des nombres quantiques en mécanique quantique

Formule-:-E_n-=--13.6-×-(1-/-n²)

Comprendre-les-nombres-quantiques-:-une-plongée-captivante-dans-la-mécanique-quantique

La-mécanique-quantique-peut-sembler-sortir-d'un-roman-de-science-fiction,-mais-elle-est-en-réalité-le-fondement-de-la-physique-moderne.-Au-cœur-de-ce-monde-quantique-se-trouvent-les-nombres-quantiques.-Les-nombres-quantiques-sont-essentiels-car-ils-décrivent-diverses-propriétés-des-orbitales-atomiques-et-des-électrons-au-sein-de-ces-orbitales.-Ils-paraissent-compliqués,-mais-décomposons-les-en-quelque-chose-de-plus-digestible.

Nombres-quantiques-importants

Les-nombres-quantiques-sont-un-ensemble-de-quatre-nombres-utilisés-pour-décrire-l'état-d'un-électron-dans-un-atome.-Pensez-les-comme-des-coordonnées-décrivant-où-et-comment-un-électron-existe-dans-un-atome.-Les-quatre-nombres-quantiques-sont-:

Nombre-quantique-principal-(n)-:-Ceci-quantifie-le-niveau-d'énergie-ou-la-couche-de-l'électron.-C'est-analogue-aux-étages-d'un-bâtiment-;-plus-le-nombre-est-élevé,-plus-le-niveau-d'énergie-est-élevé-et-plus-l'électron-est-éloigné-du-noyau.
Nombre-quantique-de-moment-angulaire-(l)-:-Ceci-indique-la-forme-de-l'orbitale.-Pensez-y-comme-le-type-d'appartement-à-chaque-étage-–-sphérique,-en-forme-d'haltère,-ou-des-formes-plus-complexes.
Nombre-quantique-magnétique-(m_l)-:-Ceci-nous-indique-l'orientation-de-l'orbitale-dans-l'espace,-comme-l'orientation-de-l'appartement.
Nombre-quantique-de-spin-(m_s)-:-Cela-décrit-la-direction-du-spin-de-l'électron-–-imaginez-cela-comme-la-direction-de-rotation-d'un-ventilateur-dans-une-pièce.

La-formule-:-l'énergie-d'un-électron

Les-niveaux-d'énergie-d'un-électron-dans-un-atome-d'hydrogène-peuvent-être-décrits-à-l'aide-d'une-formule-simple.-Cette-formule-nous-aide-à-comprendre-où-un-électron-est-susceptible-d'être-trouvé-:

E_n-=--13.6-×-(1-/-n²)

Détaillons-cela-étape-par-étape.

Décomposition-de-chaque-élément-:

E_n-:-Représente-l'énergie-d'un-électron-dans-le-n-ième-niveau-d'énergie,-mesurée-en-électronvolts-(eV).
13.6-:-La-constante-de-Rydberg-en-électronvolts-(eV),-qui-est-une-constante-physique-concernant-l'énergie-de-la-transition-de-l'électron.
n-:-Nombre-quantique-principal,-qui-doit-être-un-entier-positif-(1,-2,-3,..).

Cette-formule-nous-permet-de-déterminer-les-niveaux-d'énergie-à-l'intérieur-de-l'atome.-Un-nombre-quantique-principal-(n)-plus-élevé-signifie-que-l'électron-est-dans-un-état-d'énergie-plus-élevé.

Une-analogie-réelle-pour-simplifier-les-choses

Imaginez-que-vous-vivez-dans-un-immeuble-de-grande-hauteur-:

Nombre-quantique-principal-(n)-:-Pensez-y-comme-le-numéro-de-l'étage.-Les-étages-supérieurs-sont-plus-éloignés-du-sol-(le-noyau)-et-ont-plus-d'énergie-(meilleures-vues!).
Nombre-quantique-de-moment-angulaire-(l)-:-Cela-correspond-au-type-d'appartement-dans-lequel-vous-vivez-–-studio-(s),-une-chambre-(p),-deux-chambres-(d),-suites-de-luxe-(f),-etc.
Nombre-quantique-magnétique-(m_l)-:-Ce-serait-la-direction-à-laquelle-votre-appartement-fait-face-–-nord,-sud,-est-ou-ouest.
Nombre-quantique-de-spin-(m_s)-:-Enfin,-cela-pourrait-être-la-direction-de-rotation-de-votre-ventilateur-de-plafond,-donnant-une-variante-mineure-mais-importante-à-chaque-électron.

Chaque-électron-dans-un-atome-peut-donc-être-pensé-comme-vivant-dans-un-«-appartement-»-spécifique-suivant-ces-nombres.

Exemples-et-application

Pour-comprendre,-plongeons-nous-dans-quelques-exemples-pratiques-:

Calculez-le-niveau-d'énergie-d'un-électron-dans-l'état-n-=-2-d'un-atome-d'hydrogène.
Solution-:-E₂-=--13.6-eV-×-(1/2²-=-1/4)-=--3.4-eV
Déterminez-la-différence-d'énergie-entre-les-niveaux-d'énergie-n-=-3-et-n-=-1.
Solution-:-ΔE-=-E₃---E₁-=-[-13.6-eV-×-(1/1²)]---[-13.6-eV-×-(1/3²)]-=--13.6-eV---(-1.51-eV)-=-12.09-eV

Conclusion-:-l'importance-des-nombres-quantiques

Comprendre-les-nombres-quantiques-et-leurs-implications-est-crucial-pour-saisir-l'essence-du-monde-quantique.-Ils-nous-indiquent-comment-trouver-les-électrons-dans-un-atome,-nous-guident-à-travers-le-labyrinthe-de-la-théorie-atomique-et-aident-à-prédire-le-comportement d'un atome dans diverses conditions. Que vous soyez étudiant ou apprenant à vie, embrasser ces concepts approfondira votre appréciation pour le monde fascinant de la mécanique quantique.

Tags: Physique, Mécanique quantique, Théorie atomique