Structure des atomes et des molécules

Énergie des orbitales dans les atomes neutres: observations expérimentales

On peut vérifier expérimentalement la validité des ces prédictions par spectroscopie photoélectronique des rayons-X (XPS). La mesure consiste à irradier un atome avec un photon d'énergie connue. Si l'énergie du photon est supérieure à l'énergie de liaison d'un électron de l'atome (c'est-à-dire l'énergie nécessaire pour arracher l'électron), cet électron (appelé photoélectron) sera arraché. C'est un phénomène tout-à-fait analogue à l'effet photoélectrique, mais les énergies utilisées sont beaucoup plus élevées, ce qui permet d'arracher l'électron de n'importe quelle orbitale.

Le bilan énergétique du processus est:
(énergie du photon incident) = (énergie de liaison de l'électron dans l'atome) + (énergie cinétique de l'électron arraché).

Exemple:
graphique xps
Si on irradie un échantillon de silicium avec des photons d'énergie égale à 1253.6 eV, on détecte deux groupes de photoélectrons, un d'énergie cinétique égale à environ 1150 eV et l'autre, environ 1100 eV. On en déduit que l'énergie de liaison de ces électrons est de (1253.6-1150)=104 eV et (1253.6-1100)=154 eV. L'énergie des orbitales qu'ils occupaient dans l'atome est donc -104 eV et -154 eV. c'est en bon accord avec les énergies prédites pour les orbitales 2s et 2p du silicium.

La même technique sert aussi à l'analyse chimique (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis ou ESCA), par exemple la détection des éléments présents dans les sédiments marins.

La technique XPS est une des méthodes qui permet de déterminer expérimentalement l'énergie des orbitales atomiques des éléments.

Illustration

i.1
Quel élément donne le spectre photoélectronique suivant?

Ne





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