Classe 10

Orbitales, configuration électronique, nombres quantiques

Où trouver un électron autour du noyau, et comment ce schéma remplit le tableau périodique.

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IntuitionIntuition : un nuage, pas une trajectoire

Un électron dans un atome n’est pas une petite planète sur une trajectoire fixe. La mécanique quantique le décrit par une fonction d’onde $\psi$ ; son carré $|\psi|^2$ donne la probabilité de le trouver en chaque point. Une orbitale est la région de forte probabilité, dessinée comme un nuage.

Chaque point est une position possible de l’électron. Faites varier

n

l

m

: les orbitales

s

sont des sphères, les

p

ont deux lobes, les

d

en ont le plus souvent quatre. L’orange et le bleu indiquent le signe de

\psi

, pas une charge électrique.

ScolaireNiveau scolaire : les nombres quantiques

Définition: Nombres quantiques

$n = 1, 2, 3, \dots$ fixe la couche et l’échelle d’énergie. $l = 0, 1, \dots, n-1$ fixe la sous-couche et sa forme ( $s, p, d, f$ ). $m$ va de $-l$ à $+l$ et fixe l’orientation. Le spin $m_s = \pm\tfrac12$ distingue les deux électrons qui peuvent occuper une même orbitale.

\text{orbitals in shell } n = n^2,\qquad \text{electrons} \le 2n^2

Les électrons remplissent les orbitales de la plus basse à la plus haute énergie (Aufbau), au plus deux par orbitale avec des spins opposés (Pauli), et se répartissent d’abord sur des orbitales de même énergie avec des spins parallèles avant de s’apparier (Hund).

Choisissez un numéro atomique

Z

: la légende indique la configuration électronique. Les électrons orange sont les électrons de valence.

Exemple: Le fer, $Z = 26$

Écrire la configuration électronique du fer.

Solution

$\ce{Fe}$ : $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^6\,4s^2$ . La sous-couche $4s$ se remplit avant $3d$ , mais le fer perd d’abord ses électrons $4s$ pour former $\ce{Fe^2+}$ et $\ce{Fe^3+}$ .