II Couches et sous-couches électroniques

FICHE
I
1
Structure de l’atome
Composition d’un atome
nuage d’électrons (chargés
noyau
Z protons(chargés
)
N neutrons (neutres)
)
A nucléons
Symbole : ZA X X = nom de l’élément chimique
• Z = numéro atomique
et A = nombre de masse
Un atome étant électriquement neutre, le nombre d’électrons est égal au nombre de
protons.
• anion = atome ou groupe d’atomes portant une ou plusieurs charge(s) négative(s)
(le nombre de charges (–) doit figurer).
• cation = atome ou groupe d’atomes portant une ou plusieurs charge(s) positive(s)
(le nombre de charges (+) doit figurer).
II Couches et sous-couches
électroniques
• Couches électroniques
Les électrons se déplacent sur des couches électroniques, caractérisées par leur
nombre quantique principal n.
n = entier positif non nul : n = 1, 2, 3, etc.
n =3
n =2
n =1
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Chimie générale en 30 fiches
Plus n est élevé, plus
la couche est éloignée
du noyau
1
• Sous-couches électroniques
Chaque couche se subdivise en une ou plusieurs sous-couches, dont la forme est caractérisée par le nombre quantique secondaire l.
l = entier tel que : 0 l n − 1
•
•
•
l = 0 : sous-couche de type s
l = 1 : sous-couche de type p
l = 2 : sous-couche de type d
Exemple
Soit la couche n = 2 ; on a l = 0 ou l = 1 : la couche n = 2 est donc
constituée de deux sous-couches notées (2s) et (2p).
• Orientation des sous-couches électroniques
Une sous-couche est formée de une ou plusieurs orbitales, caractérisées chacune par
le nombre quantique magnétique m.
m = entier tel que : −l m +l
On peut associer à chaque orbitale une case quantique :
type s
m=0
une orientation
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
•
type p
m = –1 ; 0 ou 1
trois orientations
type d
m = –2 ; –1 ; 0 ; 1 ou 2
cinq orientations
Spin d’un électron
1
Tout électron est caractérisé par son nombre quantique de spin s : s = ± .
2
III Répartition des électrons
• Règles de remplissage
Selon la forme de la sous-couche il y a un nombre limité d’électrons.
• sous-couche de type s : 2 électrons maximum
• sous-couche de type p : 6 électrons maximum
• sous-couche de type d : 10 électrons maximum
Tant que Z n’est pas trop élevé, les électrons doivent garnir complètement les souscouches dans l’ordre suivant :
(1s) (2s) (2p) (3s) (3p) (4s) (3d) (4p) …
Quelques exceptions existent (l’atome de chrome, par exemple).
FICHE 1 – Structure de l’atome
9
•
Configuration électronique : elle donne la répartition des électrons sur les souscouches
Exemple de l’atome d’oxygène
(1s)2
•
(2s)2
(2p)4
Couche de valence : c’est la dernière couche occupée.
Exemple de l’atome d’oxygène
(1s)2
(2s)2
(2p)4
• Répartition des électrons dans les cases quantiques
Règle : les électrons doivent garnir le plus possible de cases quantiques avec un maximum de 2 par case. L’intérêt des cases quantiques est de déduire le nombre d’électrons
célibataires ou appariés
Exemple de l’atome d’oxygène
••
••
•• •
•
Atome de potassium
1. Donnez la configuration électronique de l’atome de potassium (Z = 19) ; justifiez
le fait que le dernier électron a pour nombre quantiques (n = 4 ; l = 0 ; m = 0 ;
1
s = ).
2
2. Cet atome possède 20 neutrons ; donnez son symbole.
Solution
1. (1s)2 (2s)2 (2p)6 (3s)2 (3p)6 (4s)1
Le dernier électron est sur une sous-couche (4s), donc n = 4 ; l = 0. l = 0 implique
1
que m = 0 ; enfin, pour un électron, s = ±
2
2. L’élément chimique potassium a pour symbole K.
Z = 19 ; N = 20 donc A = 39 nucléons d’où : 39
19 K.
10
Chimie générale en 30 fiches
1
Configurations électroniques
1. Donnez la configuration électronique des espèces chimiques indiquées ci-dessous,
en précisant à chaque fois la couche de valence et le nombre d’électrons célibataires.
O (Z = 8) ; Al (Z = 13)
2. Donnez la configuration électronique de l’espèce chimique Cl–.
Solution
1. Les couches de valence sont soulignées ci-dessous.
O: Z =8
(1s)2 (2s)2 (2p)4
••
•• •
(2 électrons célibataires)
•
Al : Z = 13
(1s)2 (2s)2 (2p)6 (3s)2 (3p)1 • •
(1 électron célibataire)
2. Cl : Z = 17
(1s)2 (2s)2 (2p)6 (3s)2 (3p)5
Cl– : 17 + 1 = 18 électrons : (1s)2 (2s)2 (2p)6 (3s)2 (3p)6
•
Probabilité de présence
d’un électron
On peut montrer que la probabilité p de présence en un point d’un électron appartenant à une sous-couche (1s) ne dépend que de sa distance r au centre du noyau et du
numéro atomique Z de l’atome considéré. On a :
−2×Z ×r
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
p = K × r 2 × e( a0 ) avec K = constante et a0 = 52,9 × 10−12 m .
Déterminez la valeur de r pour laquelle la probabilité de trouver l’électron est la plus
grande dans le cas de l’atome d’hydrogène (Z = 1).
Solution
dp
=0
Z = 1 donc p = K × r × e
; p maximale si
dr
−2×r
−2×r
dp
−2
= K × 2 × r × e( a0 ) + K × r 2 ×
× e( a0 ) .
Or
dr
a0
−2×r
−2×r
dp
2
= 0 équivaut à : K × 2 × r × e( a0 ) = K × r 2 ×
× e( a0 )
dr
a0
Il reste : r = a0 = 52,9 × 10−12 m .
2
( −2×r
a )
0
FICHE 1 – Structure de l’atome
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