PS n°342 : La relativité et la chimie

La relativité et la chimie,
Martin Kaupp,
PS n°342, Avril 2006, p.84-89.

MC : relativité restreinte, orbitales atomiques, couleur des métaux, phosphorescence, spin, propriétés chimiques et physiques.

Notes : article expliquant l'importance de la relativité restreinte au quotidien sur les propriétés chimiques et physique des atomes et leurs applications pratiques. Donne des réponses intéressantes à des questions que l'on ne se pose pas assez..

Contenu : Les propriétés physiques et chimiques des atomes sont duent en partie à la relativité restreinte (qui diffèrent de la relativité générale dans laquelle la gravitation jout un rôle central). La relativité restreinte explique que la vitesse de la lumiere dans le vide est une constante indépendante de l'observateur. Partant de là , Paul Dirac unifia en 1928 la mécanique quantique et la théorie de la relativité restreinte,ainsi on comprend mieu les propriétés des éléments tel que la couleur particulière de l'or qui est due à la contraction relativiste de son orbitale s externe ( elle se comprime et rétrécie ainsi) ce qui a pour conséquence que l'atome d'or malgré ses 32 éléctrons de plus que l'argent se trouve légerement plus petit.
La contraction relativiste est une conséquence de l'augmentation de la vitesse des éléctron au voisinage de l'atome (avec une vitesse moyenne de Z/1,37 pour cent de la vitesse de la lumière avec Z=charge nucléaire), l'orbitale va ainsi se contracter (effet direct) ou bien se dilater (effet indirect).
Plus un atome a son orbitale dilatée externe et plus l'énergie pour faire passer les éléctrons d'une couche à l'autre doit être importante, l'or ayant son orbitale externe contracté n'a besoin que de peu d'énergie c'est ainsi que les photon (partie bleue du spectre lumineux) suffisent à "déplacer" ces éléctrons. L'or absorbe ainsi le bleu et renvoi sa couleur complémentaire le jaune, ce qui le diffèrent des autres métaux qui sont gris car le besoin énergétique est plus important et n'est fournit que par les photons ultraviolets.
La relativité restreinte explique aussi pourquoi le mercure est le seul métal liquide à température ambiante, ainsi que l'origine de la phosphorescence ou bien encore la faible réactivité du dioxygène de l'air avec les molécules organiques (par chance car dans le cas contraire nous serions brulé au contact du dioxygène!!).