Densité volumique pour l'orbitale 2pz

Durée : 15 mn

Note maximale : 5

Question

L'orbitale\(2\textrm{pz}\)d'un atome hydrogénoïde est la fonction :

\(\Psi_{2p_{s}}(r,\theta,\varphi) = \frac{1}{4\sqrt{2\pi}}\bigg(\frac{Z}{\textrm{a}_{0}}\bigg)^{3/2} \frac{Z~r}{\textrm{a}_{0}}\exp(-Z~r/2\textrm{a}_{0})\cos\theta\)

Calculez, pour l'hydrogène, la densité volumique de probabilité de présence en\(\AA^{-3}\)et en\(\textrm{Bohr}^{-3}\)pour :

  • \(r = 0\) ,

  • \(r =\textrm{a}_{0}\)et\(\theta = 0\) ,

  • \(r =2\textrm{a}_{0}\)et\(\theta = 0\) ,

  • \(r =2\textrm{a}_{0}\)et\(\theta = \pi/2\) ,

  • \(r =2\textrm{a}_{0}\)et\(\theta = \pi\) .

On donne : \(\textrm{a}_{0} = \mathrm{0,529}\) \(\quad\) \(\AA = 1 ~\textrm{Bohr}\)

Solution

Pour l'hydrogène,  Z = 1 . La densité volumique est :

\(\Psi_{2p_{z}}^2(r,\theta,\varphi) = \frac{1}{32\pi}\bigg(\frac{1}{\textrm{a}_{0}}\bigg)^{5} ~r^{2}~\exp(-r/\textrm{a}_{0})\cos^{2}\theta\)

Le tableau ci-dessous rassemble les résultats des calculs

\(r\)

\(\theta\)

\(\Psi_{2p_{z}}^2\)en\(\AA^{-3}\)

\(\Psi_{2p_{z}}^2\)en\(\textrm{Bohr}^{-3}\)

0

-

0

0

\(\textrm{a}_{0}\)

0

\(\mathrm{0,0247}\)

\(\mathrm{0,00366}\)

\(2\textrm{a}_{0}\)

0

\(\mathrm{0,0364}\)

\(\mathrm{0,00538}\)

\(2\textrm{a}_{0}\)

\(\pi/2\)

0

0

\(2\textrm{a}_{0}\)

\(\pi\)

\(\mathrm{0,0247}\)

\(\mathrm{0,00366}\)