Les bases de la mécanique quantique

La mécanique quantique est un domaine de la physique qui étudie les phénomènes à l'échelle atomique. Cette branche de la physique permit de déterminer le comportement des particules, la structure de l'atome ou encore la dualité onde-corpuscule qui caractérise la lumière. Les premières notions qu'on se doit de connaître en mécanique quantique sont les nombres quantiques, les orbitales atomiques, l'équation de Schrodinger et l'incertitude d'Heisenberg.

Nombres quantique et orbitales atomiques

Un atome est fait de protons, de neutrons et d'électrons. Les électrons gravitent autour du noyau et circulent sur des orbitales atomiques qui sont caractérisées par des nombres quantiques propres à chaque électron tel que chaque électron est des nombres quantiques différents. Il en existe 4 : nombre quantique principal (n), nombre quantique (l), nombre quantique tertiaire (m) et spin ( 1/2 ou -1/2). - Nombre quantique principal (n) : ce nombre détermine la couche électronique sur laquelle se trouve l'électron (A n = 0), on est sur la première couche électronique. Plus n augmente plus l'énergie électronique augmente. - Nombre quantique secondaire (l) : ce nombre détermine la forme de l'orbitale atomique relative à l'électron. Ce nombre quantique l est compris entre 0 et n-1. Chacun des nombres donne une forme différente à l'orbitale, par exemple l = 0 donne une orbitale atomique sphérique - Nombre quantique tertiaire (m) : Ce nombre détermine l'orientation de l'orbitale atomique. Il peut prendre toutes les valeurs naturelles comprises entre - l et l. - Spin : le spin est un nombre déterminant le sens de rotation de l'électron sur son orbitale atomique : soit 1/2 dans un sens soit - 1/2 dans l'autre.

Equation de Schrodinger

Les électrons se déplacent comme une onde, chaque électron est représenté par une fonction et chacune de ces fonctions est solution de l'équation de Schrodinger et chaque fonction dépend des nombres quantiques n, l et m. De plus, chaque fonction d'onde mise au carré est égale à la densité de probabilité de trouver l'électron dans un volume V très petit.

Incertitude de Heisenberg

D'après le principe d'incertitude d'Heisenberg, chaque particule est définie par sa position et sa vitesse ou quantité de mouvement. Le principe d'incertitude d'Heisenberg énonce qu'il est impossible de connaître à la fois avec précision sur une particule sa position et sa quantité de mouvement et que, si l'on est très précis sur l'un, on commet une grande imprécision sur l'autre. L'équation de l'incertitude d'Heisenberg s'écrit ainsi : dXdV < h / 4pi où h est la constante de Planck, dX la position et dVv la vitesse.