L'atome Bohr ou quand les électrons orbitent autour du noyau atomique sans émettre de rayonnement
L'atome Bohr représente une étape importante dans le développement de la théorie atomique en introduisant l'idée que les électrons orbitent autour du noyau atomique en niveaux d'énergie fixes, ou orbites quantifiées, sans émettre de rayonnement. Selon ce modèle, un électron ne peut occuper que certaines orbites circulaires autour du noyau et ne rayonne pas d'énergie tant qu'il reste dans une orbite stable. Pourtant, un électron peut passer d'une orbite à une autre en absorbant ou en émettant un photon dont l'énergie correspond à la différence d'énergie entre ces deux orbites.
Le modèle de Bohr a été développé pour l'atome d'hydrogène, le plus simple de tous les atomes, et il a expliqué avec succès les séries spectrales de l'hydrogène observées expérimentalement. Malgré tout, le modèle de Bohr présentait des limitations et ne pouvait pas expliquer les spectres d'atomes plus complexes ou le phénomène de la liaison chimique.
La principale contribution de Bohr aura été d'introduire la quantification de l'énergie dans la théorie atomique, un concept qui joura un rôle central dans le développement ultérieur de la mécanique quantique. Ce modèle sera remplacé par la théorie plus complète et mathématiquement rigoureuse de la mécanique quantique, développée dans les années 1920 par Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg et d'autres, qui offrait une description plus précise et générale des électrons dans les atomes.
------------
Niels Bohr et le modèle révolutionnaire de la structure atomique
En 1913, Niels Bohr, un physicien danois, a introduit un modèle révolutionnaire de la structure atomique qui a marqué une étape fondamentale dans la compréhension de la physique quantique. À cette époque, le modèle de l'atome proposé par J.J. Thomson, qui imaginait les électrons incrustés dans un « pudding de charges positives », avait déjà été remis en question par les expériences de Rutherford. Ces dernières avaient révélé l'existence d'un noyau dense au centre de l'atome, autour duquel les électrons devaient se déplacer. Cependant, selon la physique classique, ces électrons en mouvement devraient constamment perdre de l'énergie et spiraler vers le noyau, conduisant à un effondrement de l'atome, ce qui ne se produit pas.
Bohr a résolu ce paradoxe en intégrant dans son modèle des concepts quantiques, s'inspirant des travaux de Planck et d'Einstein sur la quantification de l'énergie. Son modèle repose sur trois postulats principaux :
1. **Orbites quantifiées :** Bohr a proposé que les électrons orbitent autour du noyau en niveaux d'énergie fixe sans rayonner d'énergie. Ces orbites, ou états stationnaires, sont définies par des niveaux d'énergie quantifiés. Un électron dans un état stationnaire ne perd pas d'énergie sous forme de rayonnement, contrairement à ce que prédirait la physique classique.
2. **Quantification des transitions :** Les électrons peuvent se déplacer d'une orbite à l'autre. Un électron passant à une orbite de niveau d'énergie plus bas émet un photon dont l'énergie est égale à la différence d'énergie entre les deux orbites. Inversement, pour passer à une orbite de plus haute énergie, l'électron doit absorber un photon dont l'énergie correspond à cette différence.
3. **Relation entre la fréquence du rayonnement et l'énergie :** La fréquence du rayonnement émis ou absorbé lors du changement d'orbite est directement liée à la différence d'énergie entre les deux orbites selon la relation \(E = h\nu\), où \(E\) est l'énergie du photon, \(h\) est la constante de Planck, et \(\nu\) est la fréquence du rayonnement.
Le modèle de Bohr a réussi à expliquer les lignes spectrales de l'hydrogène avec une précision remarquable, validant ainsi l'idée de quantification de l'énergie au niveau atomique. Bien que le modèle de Bohr ait été par la suite remplacé par la mécanique quantique, qui offre une description plus générale et plus précise des atomes, ses idées sur les niveaux d'énergie quantifiés et les transitions électroniques demeurent fondamentales en physique et en chimie. Le travail de Bohr sur la structure atomique lui a valu le prix Nobel de physique en 1922, reconnaissant son rôle pionnier dans l'avancement de la physique quantique.
