636 Chapitre 23
Atomes et éléments
1. Donner la configuration électronique de
l’atome de sodium à l’état fondamental.
Quelle est l’orbitale occupée par son électron
de valence ?
2. Compléter le diagramme énergétique en indiquant les niveaux d’énergie des orbitales 3s,
3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p et 6s.
3. Ce diagramme est-il en accord avec la règle de
Klechkowski ?
4. La raie d’émission jaune est due à la transition d’un état excité de l’électron de valence
vers son état fondamental. Quel est cet état
excité ? Préciser l’orbitale correspondante.
−6
−5
−4
−3
−2
−1
0
E (eV)
l = 0 (s)
l = 1 (p)
l = 2 (d)
l = 3 (f )
Exercice 23.5 Cuivre et spectroscopie X
Lorsqu’on bombarde un bloc de cuivre avec des électrons fortement accélérés (plusieurs keV), la
surface du métal émet un rayonnement électromagnétique dans le domaine des rayons X. En plus
d’un rayonnement dont le spectre est continu, on observe deux raies caractéristiques de l’atome
de cuivre, la raie K α de longueur d’onde λ α = 0,15418 nm et la raie K β de longueur d’onde
λ β = 0,13922 nm. L’explication de ces raies est la suivante : lorsqu’un électron très énergétique
entre en collision avec l’atome de cuivre, il peut éjecter un électron de cœur ; un électron d’un
niveau d’énergie supérieur vient alors occuper la place vacante, une transition qui s’accompagne
d’un rayonnement X. Plus généralement, ce phénomène est utilisé pour obtenir des informations sur
les niveaux d’énergie des électrons de cœur. La figure suivante montre quelques niveaux d’énergie
des électrons de cœur. L’opposée de l’énergie est reportée en ordonnée, en échelle logarithmique.
La valeur de l’énergie de l’orbitale 1s est indiquée sur la figure.
Données : 1 eV = 1,602 · 10
−19 J, constante de Planck h = 6,626 · 10
−34 J · s, vitesse de la lumière
dans le vide c = 2,998 · 10
8 m · s
−1 . Position du cuivre dans le tableau périodique : période 4,
colonne 11.
1. Donner la configuration électronique du
cuivre dans l’état fondamental, en appliquant la règle de Klechkowski. Quels sont les
électrons de valence ?
2. En réalité, le cuivre à l’état fondamental ne
possède qu’un seul électron de valence. Donner alors la structure électronique du cuivre
et préciser l’électron de valence.
3. Les raies K α et K β sont émises après l’éjection d’un électron de cœur situé dans une orbitale 1s. Calculer, pour chaque raie, l’énergie initiale de l’électron qui vient prendre sa
place. Indiquer sur le diagramme énergétique
la transition responsable de l’émission de ces
raies.
10
−2
10
−1
10 0
10 1
−E (keV)
3p
3s
2p 2p
2s
1s
E = −8979 eV
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Atomes et éléments
1. Donner la configuration électronique de
l’atome de sodium à l’état fondamental.
Quelle est l’orbitale occupée par son électron
de valence ?
2. Compléter le diagramme énergétique en indiquant les niveaux d’énergie des orbitales 3s,
3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p et 6s.
3. Ce diagramme est-il en accord avec la règle de
Klechkowski ?
4. La raie d’émission jaune est due à la transition d’un état excité de l’électron de valence
vers son état fondamental. Quel est cet état
excité ? Préciser l’orbitale correspondante.
−6
−5
−4
−3
−2
−1
0
E (eV)
l = 0 (s)
l = 1 (p)
l = 2 (d)
l = 3 (f )
Exercice 23.5 Cuivre et spectroscopie X
Lorsqu’on bombarde un bloc de cuivre avec des électrons fortement accélérés (plusieurs keV), la
surface du métal émet un rayonnement électromagnétique dans le domaine des rayons X. En plus
d’un rayonnement dont le spectre est continu, on observe deux raies caractéristiques de l’atome
de cuivre, la raie K α de longueur d’onde λ α = 0,15418 nm et la raie K β de longueur d’onde
λ β = 0,13922 nm. L’explication de ces raies est la suivante : lorsqu’un électron très énergétique
entre en collision avec l’atome de cuivre, il peut éjecter un électron de cœur ; un électron d’un
niveau d’énergie supérieur vient alors occuper la place vacante, une transition qui s’accompagne
d’un rayonnement X. Plus généralement, ce phénomène est utilisé pour obtenir des informations sur
les niveaux d’énergie des électrons de cœur. La figure suivante montre quelques niveaux d’énergie
des électrons de cœur. L’opposée de l’énergie est reportée en ordonnée, en échelle logarithmique.
La valeur de l’énergie de l’orbitale 1s est indiquée sur la figure.
Données : 1 eV = 1,602 · 10
−19 J, constante de Planck h = 6,626 · 10
−34 J · s, vitesse de la lumière
dans le vide c = 2,998 · 10
8 m · s
−1 . Position du cuivre dans le tableau périodique : période 4,
colonne 11.
1. Donner la configuration électronique du
cuivre dans l’état fondamental, en appliquant la règle de Klechkowski. Quels sont les
électrons de valence ?
2. En réalité, le cuivre à l’état fondamental ne
possède qu’un seul électron de valence. Donner alors la structure électronique du cuivre
et préciser l’électron de valence.
3. Les raies K α et K β sont émises après l’éjection d’un électron de cœur situé dans une orbitale 1s. Calculer, pour chaque raie, l’énergie initiale de l’électron qui vient prendre sa
place. Indiquer sur le diagramme énergétique
la transition responsable de l’émission de ces
raies.
10
−2
10
−1
10 0
10 1
−E (keV)
3p
3s
2p 2p
2s
1s
E = −8979 eV
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