622 Chapitre 23
Atomes et éléments
• L’énergie d’une orbitale atomique est une fonction croissante de la somme (n + l).
• En cas d’égalité, l’orbitale atomique de plus basse énergie est celle correspondant au
nombre quantique n le plus petit.
Règle de Klechkowski
Étudions quelques exemples.
• La somme (n + l) de l’orbitale 1s vaut 1 (1+0), alors qu’elle vaut 2 (2+0) pour l’orbitale
2s. Ainsi l’énergie de l’orbitale 1s est plus faible que celle de l’orbitale 2s.
• La somme (n + l) de l’orbitale 2s vaut 2 (2+0), alors qu’elle vaut 3 (2+1) pour une orbitale
2p. Ainsi l’énergie de l’orbitale 2s est plus faible que celle d’une orbitale 2p.
• En étudiant les orbitales 3d et 4s, nous pouvons remarquer que la somme (n + l) vaut 5
pour une orbitale 3d, alors qu’elle vaut 4 pour l’orbitale 4s. Ainsi, l’orbitale 4s a une énergie
plus basse que l’orbitale 3d (mais la différence d’énergie est très faible).
Afin de faciliter la détermination de ce classement, nous pouvons utiliser un outil graphique,
comme présenté ci-contre : le nom de l’orbitale
atomique est précisé pour chaque couple (n, l)
et la somme (n + l) est indiquée entre parenthèses. La flèche en pointillés donne l’ordre des
orbitales atomiques d’après la règle de Klechkowski.
l
n
0
1
2
3
1
2
3
4
1s
2s
3s
4s
2p
3p
4p
3d
4d 4f
(1 )
(2 )
(3 )
(4 )
(5 )
Figure 23.10.
Méthode graphique de classement des orbitales atomiques.
Nous en déduisons un classement des premières orbitales atomiques par ordre croissant d’énergie :
1s - 2s - 2p - 3s - 3p - 4s - 3d - 4p . . .
Pour placer des électrons dans des orbitales d’une même sous-couche, par exemple dans les trois
orbitales 2p, on doit appliquer la règle de Hund :
Lorsque le nombre d’électrons est insuffisant pour remplir une sous-couche, l’état de plus basse
énergie de l’atome est obtenu en utilisant le maximum d’orbitales atomiques, les électrons non
appariés ayant le même nombre quantique magnétique de spin.
Règle de Hund
Étudions l’exemple de deux électrons situés dans la sous-couche 2p composée de trois orbitales
atomiques (n = 2, l = 1 et m l = −1, 0, 1). D’après la règle de Hund, dans l’état fondamental,
les deux électrons occupent deux orbitales atomiques différentes avec un même nombre quantique
magnétique de spin, par exemple : m s = +1/2. Les cas où les deux électrons sont appariés sur
la même orbitale atomique, ou avec deux spins opposés sur deux orbitales atomiques différentes,
correspondent à des états plus hauts en énergie. Ce sont des états excités de l’atome.
partagelivrescpge.blogspot.com
Atomes et éléments
• L’énergie d’une orbitale atomique est une fonction croissante de la somme (n + l).
• En cas d’égalité, l’orbitale atomique de plus basse énergie est celle correspondant au
nombre quantique n le plus petit.
Règle de Klechkowski
Étudions quelques exemples.
• La somme (n + l) de l’orbitale 1s vaut 1 (1+0), alors qu’elle vaut 2 (2+0) pour l’orbitale
2s. Ainsi l’énergie de l’orbitale 1s est plus faible que celle de l’orbitale 2s.
• La somme (n + l) de l’orbitale 2s vaut 2 (2+0), alors qu’elle vaut 3 (2+1) pour une orbitale
2p. Ainsi l’énergie de l’orbitale 2s est plus faible que celle d’une orbitale 2p.
• En étudiant les orbitales 3d et 4s, nous pouvons remarquer que la somme (n + l) vaut 5
pour une orbitale 3d, alors qu’elle vaut 4 pour l’orbitale 4s. Ainsi, l’orbitale 4s a une énergie
plus basse que l’orbitale 3d (mais la différence d’énergie est très faible).
Afin de faciliter la détermination de ce classement, nous pouvons utiliser un outil graphique,
comme présenté ci-contre : le nom de l’orbitale
atomique est précisé pour chaque couple (n, l)
et la somme (n + l) est indiquée entre parenthèses. La flèche en pointillés donne l’ordre des
orbitales atomiques d’après la règle de Klechkowski.
l
n
0
1
2
3
1
2
3
4
1s
2s
3s
4s
2p
3p
4p
3d
4d 4f
(1 )
(2 )
(3 )
(4 )
(5 )
Figure 23.10.
Méthode graphique de classement des orbitales atomiques.
Nous en déduisons un classement des premières orbitales atomiques par ordre croissant d’énergie :
1s - 2s - 2p - 3s - 3p - 4s - 3d - 4p . . .
Pour placer des électrons dans des orbitales d’une même sous-couche, par exemple dans les trois
orbitales 2p, on doit appliquer la règle de Hund :
Lorsque le nombre d’électrons est insuffisant pour remplir une sous-couche, l’état de plus basse
énergie de l’atome est obtenu en utilisant le maximum d’orbitales atomiques, les électrons non
appariés ayant le même nombre quantique magnétique de spin.
Règle de Hund
Étudions l’exemple de deux électrons situés dans la sous-couche 2p composée de trois orbitales
atomiques (n = 2, l = 1 et m l = −1, 0, 1). D’après la règle de Hund, dans l’état fondamental,
les deux électrons occupent deux orbitales atomiques différentes avec un même nombre quantique
magnétique de spin, par exemple : m s = +1/2. Les cas où les deux électrons sont appariés sur
la même orbitale atomique, ou avec deux spins opposés sur deux orbitales atomiques différentes,
correspondent à des états plus hauts en énergie. Ce sont des états excités de l’atome.
partagelivrescpge.blogspot.com