ORBITES STATIONNAIRES

D’après les théories de Bohr et de Sommerfeld, chacun des électrons du système planétaire, d’un atome, parcourt une orbite, qui est assimilable aux boucles, ne se fermant pas, d’une ellipse tournante.

L'orbite parcourue par un électron planétaire, dépend du niveau d'énergie de cet électron. Ce niveau ne pouvant varier que par quanta, il en résulte que les caractéristiques des orbites, sur lesquelles les électrons planétaires peuvent circuler, varient, elles aussi, par quanta. Bohr a donné, à ces orbites quantiques, la dénomination d’orbites stationnaires.

CARACTÉRISTIQUE QUANTIQUE nx DE CHACUNE DES ORBITES STATIONNAIRES

Si, on fait abstraction du mouvement tournant des orbites stationnaires, chacune d'elles peut être considérée comme étant une ellipse, dont chacun des deux axes est défini par un nombre quantique :

le grand axe, par un premier nombre quantique n le petit axe, par un deuxième nombre quantique k

Bohr réunit ces deux nombres en un symbole unique nKx qui représente, à la fois, l'orbite elliptique stationnaire, et le niveau d'énergie de l’électron qui parcourt cette orbite.

Deux orbites stationnaires, ayant, pour leur caractéristique nK, deux valeurs différentes de n, correspondent à des niveaux d'énergie dont la différence est notable.

Deux orbites stationnaires, ayant, pour leur caractéristique nx, la même valeur de n, et ne différant que par la valeur de k, correspondent à des niveaux d’énergie dont la différence est relativement faible.

Dans le symbole n& de Bohr, n est un nombre entier 1, 2,3... *et'kwarierde 11à n.

PME) De

Pour une valeur donnée de n, l'excentricité de l’ellipse és d'autant plus grande que k est plus petit (minimum #—#).

Lorsque k atteint son maximum (4=n) l’excentricité étant nulle, l'orbite est un cercle.

Orbite d'énergie minima. ou de base,

de chacun des électrons planétaires

Chacun des électrons planétaires rencontre, au moment de sa Capture théorique, dont il a été question ci-dessus, un état de choses préétabli, bien défini, en sorte que son sort est prédéterminé. Les conditions de sa capture, et les données que fournissent les raies spectrales qui correspondent au photon caractéristique, émis lors d’un saut d'une orbite stationnaire à une autre, ont permis, à Bohr, Sommerfeld et Stoner, de définir quelle est l’orbite d'énergie minima, ou de base, qui est assignée, à chacun des électrons planétaires, en conséquence des conditions qui correspondent à son rang de capture.

Les principes quantiques, posés par Bohr et Sommerfeld, expliquent, de façon satisfaisante, les faits concernant les termes spectraux, bien que certains détails restent incomplètement élucidés, ce qui résulte de l'insuffisance de nos connaissances relativement au champ intra-atomique, insuffisance due à l’extrême complexité de celui-ci. Les mesures spectroscopiques font, en effet, connaître l'énergie associée à chacune des diverses orbites stationnaires, énergie qui est égale, et de signe contraire, à l'énergie, ou travail, nécessaire pour éliminer l’électron circulant sur l'orbite considérée, en le rejetant au delà du domaine d'action du reste de l’atome, ce qui est assimilable à un rejet à l'infini.

Dans ces conditions, Bohr et Sommerfeld se trouvent en mesure de déterminer la structure du système planétaire, à son état d'inactivité ou de base, au moins pour un certain nombre d'éléments chimiques, favorables à cette détermination, éléments qui sont, surtout, ceux des colonnes systématiques contenant les métaux alcalino-terreux, les métaux

alcalins et les gaz rares.

FC

Pour un grand nombre des autres éléments, la spectroscopie ne fournit pas assez d'informations suffisamment précises, pour que l’on puisse baser, sur ces informations, des conclusions certaines.

Ainsi, chacun des électrons planétaires possède, en propre, une orbite de base, laquelle est, parmi les orbites stationnaires, la plus petite de celles sur lesquelles il lui est permis de circuler. C’est l'orbite stationnaire sur laquelle l’électron atteint le niveau d'énergie minima, auquel il peut descendre, lorsqu'il se débarrasse, par ses propres moyens, des surcharges d'énergie qu'il a reçues, niveau qui constitue son état d'énergie normal, ou de base, ou d'inactivité, ou de nonexcitation.

Hydrogène

L’unique électron planétaire, de l’atome neutre de l’hydrogène A, atome dont la composition est

LT, a, pour orbite de base, la plus petite des orbites stationnaires. Nx — {:

laquelle est une orbite circulaire.

Hélium

Dans la genèse théorique de l’atome de l’hélium, à parür de son noyau nu, le premier électron capturé est représentatif de l’unique électron de l’atome de l’hydrogène. IL est capturé dans les mêmes conditions que ce dernier, dont il est l'équivalent, en sorte que son orbite de base est, encore, une orbite circulaire /.. La seule différence est que, la charge nucléaire étant 2, au lieu de 7, l'orbite stationnaire de base fi, de l’électron planétaire 1, de l’hélium, est plus petite que l'orbite stationnaire de base 7: de l’électron planétaire de. l'hydrogène.

Les conditions théoriques, de la capture, du 2° électron planétaire de l’hélium, qui, à priori, pourraient sembler simples, sont, en réalité, compliquées. Ces conditions, qui ont été établies par Bohr, ont une signification importante, en ce

= dE 2

qui concérne les développements ultérieurs de sa théorie. Elles l’ont conduit à cette conclusion que l'orbite de base, du 2° électron, est, comme celle du 1°, une orbite f1.

Les orbites de base des électrons 7 et 2 de l’hélium sont, ainsi, deux orbites identiques et concentriques, mais leurs plans font, entre eux, un grand angle.

Eléments faisant suite à l’hélium

Ensuite, à partir de l'élément chimique qui fait suite à l’hélium, le lithium 3.14, les choses vont en se compliquant, de plus en plus. Cependant, tout au moins en ce qui concerne les trois colonnes, des métaux alcalins, des métaux alcalinoterreux et des gaz rares, Bohr est arrivé à des résultats si satisfaisants, qu'on peut les considérer, ici, comme définitifs.

Sur leurs orbites de base /:, chez un élément quelconque, les électrons 7 et 2, représentatifs des deux premiers éléments H et 2.He, forment, pour ainsi dire, un ensemble énergétique résistant, qui s'oppose à ce que les électrons planétaires, de rangs suivants puissent descendre à ce niveau d'énergie 11.

Il en résulte que le lithium, 311, et le béryllium, 4Be, rui retrouvent, l’un et l’autre, pour leurs électrons 7 et 2, deux orbites circulaires /:, sont obligés, le lithium, pour son dernier électron 3, le béryllium, pour ses deux derniers électrons 3 et 4, de prendre pour orbites de base des orbites 2: qui sont le plus bas niveau d'énergie disponible.

A leur tour, les 2 orbites de base 2 des électrons, 3 et 4, du béryllium, forment un ensemble énergétique résistant, qui s'oppose à ce que les électrons planétaires, de rangs suivants, puissent atteindre le niveau d'énergie 2.

Il en résulte que le bore 5.B, qui retrouve,

pour ses électrons / et 2, des orbites de base #1 —— 3 et 4, = pa est obligé d'arrêter son 5° électron, sautant vers son état de repos, à une orbite de base, circulaire, 2.

Il en sera, ensuite, de même, pour les autres électrons planétaires, chacun d’eux étant considéré avec son numéro

mer). \ie

d'ordre, qui est celui de l’élément chimique dont il neutralisé les atomes. On a ainsi à considérer successivement :

l'électron n° 6 neutralisateur des atomes du carbone 6. — 7. — — — de l’azote 7.N — 8 — — de l'oxygène 8.0 — 9 — — — du fluor 9.F — 10 — —— — dunéon 10.Ne

Il y a, dès lors, 6 électrons planétaires (numéros 5 à 10) ayant des orbites de base de niveau 2, qui constituent, à leur tour, un ensemble énergétique résistant, qui s'oppose à ce que les électrons planétaires, de rangs suivants, puissent atteindre le niveau d'énergie, désormais comblé, 2.

Et cela continuera, de façon similaire, jusqu'aux derniers des éléments chimiques, réels ou théoriques que nous avons à considérer.

Orbites stationnaires d’excitation, possibles, pour un électron planétaire donné.

Connaissant la valeur numérique, de la caractéristique quantique nx, de l'orbite de base, d’un éleciron planétaire donné, défini par son numéro d'ordre, ou rang de capture théorique, ou numéro d'ordre Z de l'élément chimique dont il neutralise les atomes, on connaît la série des orbites stationnaires, d’excitation, sur lesquelles cet électron peut sauter soit sous l'influence d’une excitation, qui lui apporte des quanta d'énergie, soit, lorsqu'il est surchargé d'énergie, pour se débarrasser, spontanément, de cette surcharge quantique, sous forme d’un ou de plusieurs photons, d'énergie E=hy

Ainsi, par exemple, pour le 20° électron, du système planétaire d’un élément chimique, de numéro d'ordre Z, égal ou supérieur à 20, électron qui représente l’électron neutralisateur de l'atome du calcium 20Ca, et dont l'orbite de base est une orbite 4, les orbites stationnaires d’excitation, possibles, seront des orbites figurant dans la série

51 D2 Da Da Ds TUE DIT, PUS ARCEU, VER