ORBITALES ATOMIQUES

Sur chaque niveau caractérisé par le nombre quantique n, il existe donc n2 orbitales. n correspond au niveau (ou couche) comme dans le modèle de Bohr. Le nombre quantique l détermine la forme de l'orbitale:

 

Pour l = 0, l'orbitale est une sphère; c'est l'orbitale s

 

Pour l = 1, il y a trois orbitales; les orbitales p

 

Pour l = 2, il y a quatre orbitales; les orbitales d

 

Pour l = 3, ce sont les orbitales de type f

Le principe de l'énergie minimum:

 

Les états électroniques les plus stables sont ceux dont l'énergie est la plus faible donc négative.

 

(Encore une fois attention au signe de l'énergie !)

 

On établit expérimentalement que l'ordre de remplissage des couches électronique se fait selon les valeurs de n+l croissantes et en cas d'égalité selon les croisant ce qui donne l'ordre de remplissage suivant:

 

1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s,4f, 5d, 6p, 7s, 5 f, 6d

 

Ce principe entraîne un chevauchement entre les niveaux: le sous niveau 4s doit être rempli avant que la couche 3 ne soit complètement remplie.

 

La règle de Hundt:

 

Le remplissage d'une sous couche s'effectue de façon à ce que l'on est le maximum de spin parallèle.

B. Exemple de détermination d'une configuration.

 

Prenons l'atome d'oxygène: il possède 8 électrons.

 

On commence par remplir les niveaux les plus bas:

 

Le niveau 1 ne possède qu'une orbitale; on remplit l'orbitale 1s avec deux électrons

1s

Le principe de Pauli est bien respecté: les deux électrons occupant l'orbitale 1s sont dans des états quantiques différents: ils diffèrent par la valeur du spin.

3/ Spin de l'électron

 

De nombreux phénomènes peuvent être expliqués avec les trois nombres quantiques n, l et m. Cependant, le comportement dans un champ magnétique ne peut s'expliquer sans introduire un nouveau nombre quantique: le nombre quantique de spin.

 

Le spin de l'électron est une propriété complémentaire liée à la rotation de celui-ci sur lui même. Le spin ne peut prendre que deux valeurs selon le sens dans lequel l'électron tourne: + 1/2 ou - 1/2.

 

s = ± 1/2

 

La donnée des quatre nombres quantiques n, l, m, s permet de connaître exactement l'état dans lequel se trouve un électron.

III. REPARTION DES ELECTRONS DANS LES ORBITALES ATOMIQUES

 

Un atome se trouve normalement dans son état fondamental; il occupe les niveaux d'énergie les plus bas.

 

On ne peut trouver un électron dans un niveau uniquement si les niveaux inférieurs sont complètement remplis (attention, on parle d'un atome dans son état fondamental; dans un état excité, c'est différent).

 

Les niveaux d'énergie sont dans l'atome d'hydrogène nommé par leur numéro. Dans les atomes possédant plusieurs électrons, on ne parle plus de niveau mais de couche électronique. Chaque couche est désigné par une lettre: K, L, M, N...; la valeur n = 1 correspond à la couche K, la valeur n = 2 à la couche L ...

Chaque niveau se décompose en sous niveaux; chacun de ces sous niveaux ou sous couche peuvent contenir plusieurs électrons.

 

Prenons un exemple:

 

Si l'on prend la couche M (n = 3), elle possède trois sous niveaux: le 3 s (l = 0); le 3 p (l =1) et le 3d (l =2). Dans chacune de ses sous couches, l'électron peut prendre des valeurs différentes de m: dans la 3p, les valeurs 1; 0; -1.

 

A chacune de ces valeur de m on va associé une case quantique que l'on note en dessinant un carré et qui symbolise une orbitale.

Comme on a vu précédemment, un électron possède aussi un spin qui peut prendre deux valeurs. Une case quantique donc une orbitale va pouvoir recevoir deux électrons que l'on note par deux flèches antiparallèles