L'atome d'hydrogène : niveaux d'énergie et orbitales

Matériel

• Canevas 3D du nuage de probabilité (rotation à la souris)
• Boutons de sélection d'orbitale « 1s », « 2s », « 2p »
• Indicateurs de nœuds et de symétrie à l'écran

Protocole

1. Comparer 1s et 2s

   Sélectionnez « 1s » puis « 2s » et faites pivoter le nuage. Les deux sont sphériquement symétriques ($l=0$), mais 2s possède un nœud radial — une coquille sphérique où $|\psi|^2$ s'annule — et s'étend plus loin, en accord avec l'énergie $E_2=-3.4$ eV.

2. Passer à 2p

   Appuyez sur « 2p » et faites pivoter : le nuage se scinde en deux lobes séparés par un plan nodal, signature de $l=1$. Cette forme d'haltère est commune aux trois orbitales $m_l=-1,0,1$ ; le nuage est une densité de probabilité, pas une orbite classique.

3. Calculer une transition

   Avec $E_n=-13.6\,\mathrm{eV}/n^2$, calculez le photon émis quand l'électron tombe de $n=2$ vers $n=1$ : $h\nu=13.6(1/1^2-1/2^2)=10.2$ eV, la raie Lyman-α. Comparez à l'écart d'énergie de la transition $3\to2$ (Balmer, rouge).

Simulation

Histoire de l’expérience

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