Discussion:Orbitale atomique

recyclage

--Guerinsylvie 17 avril 2006 à 10:37 (CEST); oui je suis d'accord: la personne qui appose le bandeau devrait un peu guider l'auteur.

Personnellement, je suis très heureuse de la contribution de cet article.

Certes, en tant que physicienne atomique, la LCAO ou l'hybridation ne m'intéresse pas. Peut-être scinder en hybridation d'orbitales atomiques et puis en orbitale moléculaire? Mais je m'ABSTIENS de TOUTE CRITIQUE : j'ai surtout des éloges à faire. Wikialemnt sylvie ( pas encore habituée au fair-play wikipedia).

un peu d'aide surce sujet svp...

Je ne sais pas si j'ai le droit de demander de l'aide directement sur la page du sujet mais j'aimerais avoir une précision sur la nature meme de l'orbitale. Est-ce une trajectoire dont le noyau represente le point central ou plutot une representation graphique de probabilité de presence de l'electron? Je demande de l'aide car je suis étudiant en pharmacie et j'ai vraiment du mal avec cette notion. En effet la notion d'orbitale et de fonction d'ondes a été abordée d'une manière tel que je my suis completment perdu. Merci de votre aide et des quelques eclaircissement que vous pourrez m'apporter. Mon email: hf_yaer@hotmail.com

Comme ecrit dans l'article, une orbitale atomique représente une zone de l'espace ayant une probabilité de contenir l'electron. La fonction d'onde en elle meme ne correspond a rien de concret (de toutes façons elle prend des valeurs complexes). C'est son module au carré en un point qui représente la "densité de probabilité de présence" de l'electron en ce point (et si on mutiplie par dx.dy.dz c'est la desnité de probabilité dans le cube de cotés dx dy et dz). La notion de trajectoire n'existe plus à ce niveau (puisque la description des orbitales est dans le cadre de la physique quantique), puisqu'on est incapable d'avoir simultanémnt avec précision la position et la vitesse d'un électron (principe d'incertiutde d'heisenberg). Tout ce qu'on sait, c'est que l'électron a une certaine probabilité d'etre présent dans une certaine zone de l'espace. Apres ce qu'il y fait.... Rhadamante 22 septembre 2006 à 00:07 (CEST)

On pourrait aussi dire que ce qui fait l‘électron en tant que corpuscule c'est justement cette distribution spatiale des différentes fonctions d’onde qui le compose, et dont l'énergie totale pour chacune est quantifiée.

Les fonctions d'ondes composant l'électron ne sont en elles mêmes jamais localisées puisque chacune couvre l'espace tout entier (mais de façon différente selon leur nature : fonction de charge, fonction de spin, fonction d'interaction faible, fonction d'interaction forte, fonction de gravitation, etc., peut-être elles-mêmes composites et formées de la superposition d'autres fonctions d'onde plus simples et moins nombreuses, mais chacune étant parfaitement quantifiée en énergie totale), même si spatialement on peut considérer qu'elle a un « centre » correspondant plus ou moins à la position où la fonction d’onde a une amplitude maximale...

Quand l'électron est « isolé » (assez loin d'une autre « particule »), ces fonctions d’onde ne sont pas perturbées par d'autres, et l'énergie de cette fonction reste concentrée au voisinage de l’électron, autour d'un point de l'espace correspondant à ce qu'on appelle la « position » de l'électron. Dans ce cas le centre est unique, et la fonction d'onde, stationnaire autour de ce point se réduit pratiquement à ce point central comme s'il portait toute l'énergie, en première approximation. En ce sens, on peut alors donner une « position » à l'électron, mais sans ignorer que celui-ci ne se réduit à ce seul point.

Mais dès que deux particules se rapprochent suffisamment, les différentes fonctions d'onde de chaque type composant chaque « particule » vont « interagir » entre elles en formant une résonance.

L'effet de cette interaction sera de provoquer une force visant à les éloigner (par exemple : fonctions d’onde de charge de mêmes signes, fonctions d’onde de spin de direction opposées, etc.) ou les rapprocher afin de former une une fonction d'onde unique et stationnaire (mais de forme spéciale différente). Mais dans les deux cas, cela crée une superposition spatiale de chaque paire de fonction, créant entre les deux « centres » de la particule des extrémums locaux qui peuvent devenir même supérieurs en intensité à la partie centrale de chacune des deux ondes : on voit apparaître alors une pseudo-particule spécifique du type d'onde à ces extrémums, alors qu'au « centre » de l'électron l'énergie semble être devenue nulle :

Ce sont des « lobes » qui n'existent autour d'un noyau atomique que parce qu'il y a superposition stationnaire des fonctions d'onde des différents électrons qui ont été captés par le noyau et les fonctions d'onde du noyau lui-même (qui à la fois attirent les électrons, par les interactions de charge ou de masse, et les maintient à bonne distance par d'autres interactions, par exemple de spin). Les lobes électroniques existent même dans un atome ou un ion isolé, car il y a toujours interaction des électrons entre eux (cela a pour effet la structure électronique des atomes, qu'on connait dans la classification périodique des éléments).

Rien ne se déplace réellement dans ces lobes, les fonctions composantes sont toujours là et n'ont pas été « cassées », mais une partie de l'énergie a pu être « perdue » (et cédée sous une forme elle aussi localisable, qu'on appelle « photon », « gluon », etc... selon le type d'onde définissant aussi le type d'interaction), c'est à dire que ce n'est pas la fonction d'onde qui se déplace, mais seulement les extrémums provenant de la superposition de ces ondes.

Quand on comprend ça, on peut aussi comprendre alors comment un 'même électron peut passer en même temps par deux fentes de Young et se retrouver entier de l'autre côté : ce n'est pas une particule localisée qui est passée, mais la quasi totalité de l'énergie des ondes qui le compose (une partie de cette énergie peut avoir été « cédée » toutefois (en fait l'électron reste entier même après avoir « perdu » cette énergie en apparence, car il continue à être composé des mêmes ondes qui de toute façon continuent à couvrir tout l'espace, mais avec un morceau de lobe resté de l'autre côté des fentes.

Dans ce modèle, on ne peut rien localiser, et on peut même penser que la notion de « probabilité de présence » traduit mal le phénomène réel : c'est vouloir appliquer un concept corpusculaire localisé à ce qui est en fait réellement ondulatoire, et qui est non localisé de façon uniforme dans l'espace mais distribué partout de façon continue (il reste à savoir ce qu'on appelle « espace » car à notre échelle, c'est une notion corpusculaire, mais à l'échelle d'un seul électron, cela n'a pas le même sens non plus, car ce sont les interactions des fonctions d'onde entre elles qui servent à définir ce qu'on perçoit comme notre « espace ».

Pourtant il y a des invariants dans tout ce système compliqué en apparence : ce sont ces invariants (notamment la conservation de l'énergie quantifiée de chaque onde) qui permettent de dire qu'on a affaire à une « particule ». D'où le concept important de « dualité onde-corpuscule », une dualité qui n'en est pas une en fait car ce sont deux aspects (un aspect macroscopique et localisé, la particule, et un aspect nanoscopique qu'on appelle sans doûte improprement « probabilité de présence ») d'une seule et même réalité, les fonctions d'ondes stationnaires qui définissent chacune les différents types d'interaction et n’ont pas de probabilité de présence puisque ces ondes sont distribuées partout dans l'espace.

Et on peut alors expliquer comment peuvent exister les différents types de liaisons covalentes, et les liaisons faibles dans un liquide, les « nuages » électroniques dans un cristal solide, où les électrons semblent pouvoir se déplacer librement sans ne plus jamais y être clairement localisé, les effets « magiques» du dopage des semi-conducteurs qui font naître des pseudo-particules (les « trous » qu'on devrait réellement considérer comme de vraies particules, du fait même qu'ils sont porteurs d'interactions quantifiées) : tout ça n'est que le phénomène de la résonance d'ondes stationnaires quantifiées et de différents types (dans ce paragraphe c'était surtout les ondes de charge)

Mais on peut parler aussi des ondes stationnaires de spin pour expliquer le ferro-magnétisme des métaux de transition, par la particularité spatiale et orientée des lobes de fonction de spin des électrons dans les couches « incomplètes »

Ou encore expliquer pourquoi le « photon » vu comme une particule peut ralentir énormément dans un fluide ou un cristal (ou être réorienté à la surface plane d'un solide ou même d'un liquide à cause de la structure quasi-cristalline et très orientée de sa surface de réfringence), et même quasiment s'arrêter sur place ou s'y promener « aléatoirement » dans un cristal, sans y être absorbé pour autant, puis en ressortir n'importe où, à cause des vibrations aléatoires de température dans le cristal (d'ailleurs il est tout à fait possible que ce qu'on appelle chaleur soit justement ces photons qui se baladent en modifiant partout où il passe les fonctions d’onde des électrons, c'est à dire en déformant leurs lobes internes libres et ceux des liaisons interatomiques), et ce n'est alors pas un hasard que les métaux de transitions sont aussi ceux qui laissent le moins passer les photons, mais aussi ceux qui véhiculent le plus vite la chaleur au plan macroscopique, et ceux qui sont les plus sensibles au ferromagnétisme induit aussi par des ondes électromagnétiques : ils ont des lobes électroniques dans les couches internes qui interagissent très peu entre eux (ils ne sont pas fortement liés spatialement par des liaisons covalentes, ces lobes peuvent donc se réorienter facilement à la moindre sollicitation.

Personnellement, je pense que le modèle des particules est infondé et ne traduit pas la réalité. Tout est onde, la particule n'existe qu'à notre niveau macroscopique parce qu'on voit les effets de la conservation de l'énergie totale quantifiée, qui alors peut se cumuler comme s'il s'agissait d'une quantité linéaire.

Et Heisenberg a bien raison avec son principe d'incertitude (qui établit aussi une limite sous laquelle on ne peut pas savoir de quoi sont composées les interactions fondamentales, en dehors des effets qu'elles produisent sur des structures macroscopiques, la limite étant la particule fondamentale quantifiée, la quantification étant caractérisée par l'énergie totale de chacune de ses fonctions d'onde de base, par leur orientation spatiale si elle est pertinente, et par son type observé : charge, spin, masse, interaction forte, interaction faible). Aujourd'hui on ne sait pas voir en dessous, mais on peut tenter des modèles mathématiques pour tenter de comprendre d’éventuels effets macroscopiques qu'on aura énormément de mal à voir de façon mesurable avec des interactions encore plus fines (la théorie des cordes par exemple), et une grande marge d'erreur introduite par nos instruments de mesure, alors qu'à une très grande échelle (l'univers) l'effet est mesurable (serait-ce dans ces interactions ultra-fines composant nos 5 interactions connues qu'on trouverait la prétendue « masse manquante » ?).

Verdy p (d) 10 juillet 2010 à 08:07 (CEST)

Fusion Orbitale atomique et Orbitale électronique

Abandon (transfert depuis PàF). Jerome66 | causer 4 novembre 2006 à 09:43 (CET)

Fusionner Orbitale électronique dans Orbitale atomique. Alkarex 1 octobre 2006 à 16:58 (CEST)

En tant que chimiste (et connaissant donc la question), je m'oppose à cette fusion qui concernerait deux notions différentes : une orbitale atomique est une orbitale électronique mais l'inverse est faux (existence d'orbitale moléculaire, d'ailleurs, ainsi que des bandes électroniques dans les solides, le tout relevant de la même famille). Il y largement de quoi développer les deux concepts indépendemment l'un de l'autre. Je souhaite donc que les bandeaux soient retirés. Merci. Grimlock 4 novembre 2006 à 09:37 (CET)

OK, mais le terme « orbitale électronique » est le concept général qui englobe tout : orbitale atomique (est-ce que ça comprend les orbitales d'un atome ionisé ? Le terme est mal choisi car atomique semble avoir plusieurs sens selon l'état d'excitation de l'atome).

Et effectivement il y a aussi parmi les orbitales électroniques des orbitales moléculaires (entre plusieurs atomes, même si la molécule peut aussi être un ion et avoir aussi plusieurs états d'excitations, ainsi que plusieurs orientations isomères), bien qu'on devrait parler d'orbites de liaison (de différent type, entre deux atomes ou plus : covalentes simples, doubles, triples, cycliques), et d'orbites spécifiques pour les liaisons faibles (pseudo-covalentes avec partage partiel et inéquitable de charge) entre molécules localement polarisées (entre ces molécules et des ions, ça aboutit le plus souvent à un bouleversement des liaisons covalentes de la molécule, pour former de nouvelles liaisons covalentes ou pour casser une molécule en plusieurs après une recombinaison, plutôt qu'à une liaison faible, mais de tels cas de réaction chimique existent entre molécules non ionisées mais polarisées).

Et on a aussi des orbitales cristallines, très différentes, puisqu'elles ne sont plus liées au noyau atomique d'origine et peuvent parfois se déplacer ou changer de forme ou d'orientation « presque » librement dans le cristal (si le cristal est métallique) sous la seule action d'un champ électromagnétique induit. Presque dans le même cas on a les très complexes orbitales libres des liquides (mais orientées de façon quasi aléatoire, contrairement au cristal), et le cas particulier des cristaux liquides (des liquides avec donc des liaisons faibles intermoléculaires, mais dont certaines orbitales peuvent s'orienter de façon non aléatoire comme dans un cristal solide).

S'il fallait fusionner quelque chose ce serait dans « orbitale électronique » bien que le terme semble encore prendre les électrons comme indivisibles (ce qui n'est pas le cas dans les solides, où les lobes orbitaux ont des comportements séparés, comme si c'était des particules distinctes).

Alors il serait bon d'avoir aussi une introduction générale sur les états d'excitation atomiques et moléculaires, et comment l'électron (autour du noyau atomique ou dans une structure moléculaire ou supramoléculaire) dans ces différents états change complètement de nature et se mute en « autre chose » à chaque fois. L'orbitale atomique définie ici dans l'article ne concerne que le le cas le plus simple d'une orbitale électronique : le cas où un électron s'est associé à un noyau atomique unique, et où les lobes d'une même « orbitale » sont encore totalement interdépendants et assimilables à l'électron (comme s'il était encore une particule unique).

De plus je suis convaincu que tous les électrons autour d'un noyau ou dans les liaisons moléculaires ou intermoléculaires sont devenus totalement indiscernables (« passant » librement de l'une à l'autre des couches atomiques, en vertu de leur réelle nature ondulatoire) : une fois capté par un noyau, c'est la totalité des électrons autour du noyau qui interagit ensemble et adopte une distribution générale des charges, spins et masse. Et c'est pour ça que le mieux pour le décrire en terme corpusculaire, est de ne plus parler d'électron mais d'une nouvelle particule décrivant chacun des lobes ou chacune des orbitales sphériques (s'il y en a), chacun avec son énergie, son spin et sa masse, pour chaque état d'excitation. Un nouvel électron se reformera en cas de besoin à partir de l'ensemble quand l'atome sera suffisamment excité (par un apport externe d'énergie).

Verdy p (d) 10 juillet 2010 à 09:26 (CEST)

Recyclage (2)

L'article est loin d'être terminé, et - plus embêtant - contient des erreurs ou approximations peu pertinentes. Il est à compléter et reprendre rapidement si possible. Grimlock 1 août 2007 à 23:23 (CEST)

excusez moi?

"Une orbitale peut ne pas être connexe."hmm hmmm...Klinfran (d) 21 août 2009 à 13:38 (CEST)

"Cet article ou cette section doit être recyclé." Donc si vous vous en sentez capable, n'hésitez pas. — Rhadamante 21 août 2009 à 13:42 (CEST)

Traduction

Je crois qu'il serait utile de traduire la version anglaise. Cette article laissse suposé que l'orbitale n'est pas la foinction mathématique, mais seulement sa probabilité. La traduction de la première phrase de la version anglaise donnerait :

Une orbitale atomique est la fonction mathématique qui décrit le comportement ondulatoire d'un ou d'une paire d'électron dans un atome.

Qui est une bien meilleure description. --Meitnerium (d) 12 novembre 2009 à 22:57 (CET)

Et ce serait insuffisant, car on a aussi des lobes formés par des triplets d'électrons ou plus (notamment dans les structures moléculaires cycliques, telles que les alcènes et les oses), et des lobes encore plus complexes dans les cristaux (où ils peuvent se déplacer par rapport à leur noyau atomique de base, comme s'ils étaient des électrons libres isolés), d'autres encore dans les semi-conducteurs (on devrait parler des trous qui sont des lobes particuliers à charge positive qui peuvent se superposer facilement avec le lobe électronique négatif d'un électron qu'il capte), ainsi que des lobes secondaires (liaisons « faibles ») dans les liquides, dans les macromolécules (telles que les protéines, pour expliquer comment elles se « replient » sur elles-mêmes, avec des liaisons soufre par exemple), dans les gels (liaisons faibles transversales entre macromolécules formant un quasi-cristal désordonné) ou dans les structures savonneuses (liaisons faibles entre fonctions alcool et l'eau environnante, plus fortes cependant que les liaisons faibles entre molécules d’eau liquide elle-même, dans les longues molécules hydrophiles d'un côté mais hydrophes de l'autre).

On peut donc dire que c'est une espèce ondulatoire, mais comme cette espèce est également parfaitement quantifiée, un lobe électronique devrait être considéré comme une particule à part entière, distincte dans son comportement de l'électron isolé (ou des électrons) à partir duquel il s'est formé, même si ce n'est pas tout seul mais à cause d'une interaction électromagnétique avec une ou plusieurs autres particules (et donc dire encore une fois merci au principe de dualité onde-corpuscule).

J'irais même plus loin : les états d'excitation des atomes et ions correspondent aussi chacun à des particules quantifiées distinctes, de même que les différents types de liaisons interatomiques, même si au global on constate la conservation de charge, de masse, et d'énergie totale lorsqu'un « électron » capte ou libère un photon en changeant d'état d'excitation ou forme une liaison avec un autre.

Les lobes orbitaux sont clairement orientés, produisant souvent une polarisation, et leur position peut être bien définie relativement à la molécule de base, et assimilable pratiquement à son centre (bien que leur forme ne soit plus aussi simple que la sphère), et continuent à interagir entre eux et avec le noyau, tant par leur charge et leur spin (électromagnétisme), que leur masse (négligeable toutefois pour les électrons dans des orbites atomiques/ioniques ou dans des liaisons moléculaires). Verdy p (d) 10 juillet 2010 à 08:21 (CEST)

Le rouge et le bleu

Dans cette diff (combinaison des diffs d'une IP et de moi-même) le rouge et le bleu ont été intervertis. Sauf erreur de ma part (je n'ai pas révisé la question, je me base sur mes souvenirs) : (1) si la fonction d'onde Φ est une solution de l'équation de Schrödinger, alors −Φ aussi ; (2) les deux premières figures sont cohérentes ; (3) l'attribution du rouge ou du bleu est évidemment arbitraire, mais on est habitué à associer le rouge à ce qui est positif ; (4) en revanche je ne suis pas certain de la cohérence de la 3^e figure (cohérence interne et cohérence avec les deux premières). Mea culpa et revert bienvenu si je me suis égaré. Merci d'avance. — Ariel (discuter) 12 mai 2019 à 11:19 (CEST)
P.S. On parle du signe de Φ : j'imagine qu'il s'agit du signe de sa partie réelle ? Il faudrait peut-être le dire ?

Quelques réponses courtes en passant : (1) oui ; (2) vu (1), je ne suis pas sûr de vraiment voir le sens de cohérent, mais il me semble que même la première figure de l'article n'est pas "cohérente" à un sens faible : les orbitales 2p_x, 2p_y et 2p_z ne sont pas orientées selon un trièdre direct ; (3) je ne connais pas cette convention (et j'aurais plutôt tendance à faire le contraire), mais ça me semble un détail réellement mineur ; (4) à première vue, elle me semble plus cohérente que la première (au moins pour les 2p), mais la question me semble assez mal définie.

Concernant le signe de Φ, ce n'est pas vraiment celui de sa partie réelle : on se débrouille pour reconstruire, à partir des orbitales complexes, des orbitales réelles pour laquelle la notion de signe retrouve un sens. C'est expliqué elliptiquement au début du sous-paragraphe "Orbitales réelles", et cela pourrait en effet sans doute être rendu plus clair... Aurélien M (discuter) 12 mai 2019 à 17:39 (CEST)