Structure électronique des atomes
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Niveau: Elementaire
Structure électronique des atomes I) Rappels : a. Constituants d'un atome : Dans le modèle planétaire d'un atome, les électrons tournent autour du noyau. L'atome est noté XAZ avec • • Ordres de grandeurs : • Taille de l'atome : • Taille du noyau : • Masse d'un nucléon : • Masse d'un électron : • Charge élémentaire : b. Elément chimique Def : Isotopes : II) Vers une nouvelle mécanique : a. Spectre d'émission : Quantification :
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Structure électronique des atomes I) Rappels : a. Constituants d'un atome : Dans le modèle planétaire d'un atome, les électrons tournent autour du noyau. L'atome est noté XAZ avec • • Ordres de grandeurs : • Taille de l'atome : • Taille du noyau : • Masse d'un nucléon : • Masse d'un électron : • Charge élémentaire : b. Elément chimique Def : Isotopes : II) Vers une nouvelle mécanique : a. Spectre d'émission : Quantification :
- expression de l'énergie électrostatique
- mécanique quantique
- atome
- énergie de l'onde lumineuse
- modèle planétaire de l'atome
- cadre de la mécanique classique newtonienne
- structure electronique de l'atome
- quantification de l'énergie
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Français
Structure électronique des atomes
I) Rappels : a. Constituants d’un atome : Dans le modèle planétaire d’un atome, les électrons tournent autour du noyau.
L’atome est notéAZXavec · · Ordres de grandeurs : · Taille de l’atome : · Taille du noyau : · Masse d’un nucléon : · Masse d’un électron : · Charge élémentaire : b. Elément chimique
Def :
Isotopes :
II)
Vers une nouvelle mécanique : a. Spectre d’émission :
Quantification :
L’énergie de l’onde lumineuse émise ou absorbée est liée à celles des niveaux électroniques par :
b. Mécanique quantique : Ces résultats expérimentaux, entre autres, ne peuvent pas être expliqués dans le cadre de la mécanique classique newtonienne : le modèle planétaire de l'atome ne permet pas d'expliquer la quantification de l'énergie. Un nouveau modèle de mécanique, valable uniquement pour le monde microscopique, a donc été développé au début du XXèmesiècle : c’est la mécanique quantique. Cette théorie sera plus développée en 2ème On peut toutefois commencer par un période. résultat important : un grand principe de la mécanique quantique, le principe d’incertitude d’Heisenberg induit que l’on ne peut pas connaître simultanément et avec une précision infinie la position et la vitesse de l’électron. On ne peut donc même pasdéfinirde trajectoire. On ne peut connaître que certaines informations comme saprobabilité de présence un dans volume donné de l’espaceou encore sonénergie
III) Les nombres quantiques : a. Les 4 nombres
A droite : représentation de quelques OA
b. n, le nombre quantique principal
Couche : On peut attribuer à chaque couche électronique une notation (couche K pour , L pour , M pour niveau.notation n'est plus utilisée à notre On verra en,
) mais cette effet que l'on garde en pratique la valeur de n en tant que notation.
c. l, le nombre quantique secondaire ou azimutal
Sous-couche :
0 1 2 3 4 5
notation s p d f g h
Remarque : Les termes de "couche" ou de "sous-couche" électronique sont utilisés, mais ils ont l'inconvénient de faire penser au modèle planétaire de l'atome, qui est un modèle faux. Les électrons ne sont pas situés sur des couches concentriques centrées sur le noyau
d. ml, le nombre quantique magnétique orbital
e.
4èmenombre :
Le 4èmenombre quantique : ms
Notations : Dans la suite, on adopte une représentation symbolique de l’état d’un électron : - l’OA est représentée par une case quantique : - l’état de spin est représenté par une flèche : - l’électron par la réunion des deux : Remarque : IV) Aspects énergétiques : a. Cas de l’atome d’hydrogène :
Rappel : 1 eV correspond à l’énergie d’un électron soumis à une différence de potentiel de 1 V. Comme l’expression de l’énergie électrostatique est Eélectrostat= q V avec q la charge de la particule et V le potentiel électrostatique dans laquelle la particule est placée, alors 1 eV = e×1= e J = 1,6.10-19J Diagramme énergétique : Dégénérescence :
énergétique :
b. Cas des atomes polyélectroniques :
Sur les cases quantiques : Rq : l’ordre des niveaux énergétiques n’est plus uniquement celui des n croissants. Il sera précisé par la suite (règle de Klechkowski) V) Configuration électronique : a. Définition : Def :
Schéma mnémotechni ue
Csq : · ·
b. Règles de remplissage :
Principe d’exclusion de Pauli (1925) :
Ex : configuration électronique des atomes suivants : H Z=1 He Z=2 Li Z=3 Be Z=4 B Z=5 Ne Z=10 Fe Z=26 Attention : Règle de Hund : Mise en évidence : cas du carbone621C
Règle de Klechkowski :
nb. max. d’e-
np
ns
nd
nf
.
Enoncé :
Cas de l’oxygène : Electrons célibataires / appariés :
c. Application : paramagnétisme et diamagnétisme Une espèce (atome, ion ou molécule) présente des propriétés magnétiques différentes (comportements différents dans un champ magnétique variable) selon que tous les électrons sont appariés ou non : soit des propriétés diamagnétiques, soit des propriétés paramagnétiques. Si tous les électrons sont appariés, le magnétisme est relativement faible : il s'agit de diamagnétismeest repoussé par les zones de champ fort.et l'échantillon Si l'un au moins des électrons est célibataire, un magnétisme plus important se manifeste : on parle deparamagnétisme (dans ce cas, le diamagnétisme dû aux électrons appariés est négligeable) et l'échantillon est attiré par les zones de champs fort. d. Electrons de cœur/ électrons de valence :
Dans la configuration électronique fondamentale, les électrons de plus haute énergie jouent un rôle particulier.Moins liés au noyau, ils sont plus sensibles aux forces extérieures et sont responsables de la réactivité chimique de l'atome. Ce sont lesélectrons de valence. Def :
Pour les éléments de grand numéro atomique, la configuration de cœur peut-être remplacée par le symbole de l'élément correspondant à cette configuration électronique, c’est-à-dire du gaz rare correspondant. Exemples: Carbone6C : Chlore17Cl : Germanium32Ge : Osmium76Os :
e. Configuration des ions : Pour obtenir la configuration d’un ion, il faut commencer par déterminer celle de l’atome correspondant. Pour un anion, il suffit de rajouter des électrons en respectant les 3 règles (Pauli, Klechkowski, Hund) Pour un cation, il faut retirer les électrons de plus hautes énergies qui sont généralement les derniers placés SAUF
Ex :
