Configuration_electronique

I- LES OA

Une orbitale atomique (OA) est :

Une fonction mathématique φ , ( solution de l'équation, mythique pour l'instant , de Shrodinger H(φ) = E.φ ) , porteuse de renseignements sur un électron qu'elle caractérise .

Caractérisée par un triplet unique de 3 nombres quantiques n ( nombre quantique principal ) , l (nombre quantique secondaire) et m (nombre quantique magnétique) , tels que

0 ≤ l ≤ n-1 et -l ≤ m ≤ l

Associée au niveau d'énergie quantifiée E, ( Le E qui est dans l'equation de Shrodinger ) qui ne dépend que de n et l pour un atome polyélectronique
Notée selon un code qui ne dépend que de n et l , et donc du niveau d'énergie associé

l=0 => ns unique au niveau n
l=1 => np au nombre de 3 au niveau n
l=2 => nd au nombre de 5 au niveau n
l=3 => nf au nombre de 7 au niveau n

Donc l'OA de triplet ( n=2, l=1, m=-1 ) s'appelle 2p mais l'OA de triplet ( ( n=2, l=1, m=0 ) s'appelle aussi 2p, au même niveau d'énergie.
L'OA de triplet ( n=3, l=2, m=... ) s'appelle 3d

Descriptive au maximum de 2 électrons de nombre de spin différents : s qui caractérise l'électron ne peut prendre que 2 valeurs +1/2 ou -1/2

Porteuse de renseignement sur le volume de probabilité de présence de l'électron selon le calcul de =0,9 avec V inconnu .

On calcule que ces volumes ont des formes qui dépendent de l et m . La distance moyenne / au noyau croit avec n .

Les allures suivantes sont à connaitre : ( les indices x, y ou z ou xy ou ... sont relatifs aux directions associées de l'espace orthonormé (O, x,y,z )

Les parties grisées, par opposition aux parties blanches, signifient que la fonction φ dont on a calculé le carré dans cette partie de l'espace ont un signe opposé dans une lobe ou dan l'autre. La probabilité de présence qui en résulte est bien sûr positive et symétrique .Les positions des parties grisées / blanches sont purement aléatoires dans cette présentation (elles peuvent seulemnt être inversées comme vous le souhaitez ) .

(Une OA est ) aussi, par abus de langage , le volume de probabilité de présence = 0,9 dans lequel on a donc 90% de chance de trouver l'électron représenté par L'OA ( fonction mathématique ) . On pourra donc dire : l'électron DANS l'OA 2s ... ou les électrons dans les OA 3p.

II- CONFIGURATION ELECTRONIQUE

La configuration électronique est la répartition des électrons dans les différentes OA .

On la trouve par application de différentes règles :

Règle de pauli : Il ne peut exister dans un atome deux électrons qui possèdent simultanément les mêmes nombres quantiques n, l, m et s.

Règle de Klechkowski : On classe les OA par ordre croissant d'énergie : ordre croissant de n+l, et pour n+l identiques, alors par ordre croissant de n
Règle de remplissage : On obtient l'état fondamental de plus basse énergie en remplissant les OA par ordre croissant d'énergie ( voir Règle de Klechkowski)

Règle de Hundt : Lorsque les électrons sont dans des OA de même énergie ( dites ...dégénérées ) , la configuration la plus stable est celle pour laquelle le nombre de spin TOTAL ( la somme ) est maximal. ( c'est-à-dire on n'apparie les électrons que quand on ne peut plus faire autrement )

On obtient donc l'odre de remplissage suivant :
n+l = 1 : 1s
n+l = 2 : 2s
n+l = 3 : 2p 3s
n+l = 4 : 3p 4s
n+l = 5 : 3d 4p 5s
n+l = 6 : 4d 5p 6s
n+l = 7 : 4f 5d 6p 7s .....etc.... tout moyen mnémotechnique de votre connaissance étant plus que recommandé !

Rappel : il existe 3 OA de même nom de type np dégénérées ( c'est à dire au même niveau d'énergie) , et 5 OA de même nom de type nd dégénérées ...de sorte que l'on peut mettre

2 électrons au maximum dans ns
6 électrons au maximum dans np
10 électrons au maximum dans nd ...

Le nombre d'électrons présents "dans" les OA d'un type quelconque est noté en exposant , après le nom des OA : 3d⁷ signifie 7 électrons répartis dans les 5 OA notées 3d

Exemple : Fe (26) : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶

Les électrons de valence sont les électrons de le couche de plus grand n + les électrons de la dernière sous-couche non pleine. Les autres sont les électrons de coeur : ils ne particpent pas à la réactivité chimique de l'atome

Exemple : les électrons de valence du Fer sont les électrons : 4s² 3d⁶ (8 électrons de valence )

Certaines configurations électroniques de valence sont plus stables et conduisent à des anomalies de remplissage / règles énoncées: il s'agit de configurations présentant dans leur couche de valence une sous-couche pleine ou demi-pleine ( sauf s )

Conséquences :

Cr(24) : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁴ est en réalité 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 3d⁵

Cu(29) : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁹ est en réalité 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 3d¹⁰

Les propriétés périodiques comme l'énergie d'ionisation ou d'attachement électronique sont modulées par ces stabilités particulières de configuration :

O ( 2s² 2p⁴ ) -> O⁺ ( 2s² 2p³ ) est plus facile que prévu (crée une configuration plus stable ) , mais

N ( 2s² 2p³ ) -> N⁺ ( 2s² 2p² ) est plus difficile que prévu ( détruit une configuration plus stable ) .... etc...

Configuration électronique d'un ion négatif : partir de la configuration électronique de l'atome neutre et rajouter autant d'électrons que nécessaire selon les mêmes règles de remplissage.

Configuration électronique d'un ion positif :

Pour la trouver , il faut :

partir de la configuration électronique de l'atome neutre .
Enlever prioritairement les électrons de + grand n,
puis si nécessaire les électrons de la sous couche de n inférieur remplie en dernier.

Exemple : Fe²⁺ : on part du fer métal : la couche de plus grand n : n=4 : on enlève les 2 électrons de la 4s soit : Fe²⁺ : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s⁰ 3d⁶
Fe³⁺ : on part du fer métal : la couche de plus grand n : n=4 : on enlève les 2 électrons de la 4s puis 1 électron dans le 3d :
Fe³⁺ : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s⁰ 3d⁵

Des exercices relatifs à ces notions pourront être trouvés ICI .

Notions de cours