638 Chapitre 23
Atomes et éléments
5. On place par énergie croissante les orbitales 1s, 2s et 2p (l’échelle
n’est pas correcte). L’orbitale 1s contient deux électrons de nombres
quantiques de spin opposés. Les nombres quantiques sont (n = 0, l =
0, m l = 0, ms = ±
1
2
). L’orbitale 2s contient deux électrons de spins
opposés (n = 1, l = 0, m l = 0, ms = ±
1
2
). Pour le remplissage des
3 orbitales 2p, on doit utiliser la règle de Hund : on remplit d’abord
le maximum d’orbitales avec des spins de même sens. On a donc deux
électrons de nombres quantiques (n = 1, l = 1, m l = 0, ms =
1
2
) et
(n = 1, l = 1, m l = 1, ms =
1
2
). Remarque : le choix de m l parmi les
trois valeurs (−1, 0, 1) est arbitraire.
E n,l
O
E1,0
E2,0
E2,1
1s
2s
2p
6. Pour les électrons de cœur (n = 1 l = 0), la distance la plus probable est environ r = a0 = 53 pm. Pour
les électrons de valence 2s (n = 2 l = 0), la distance la plus probable est environ r = 5a0 = 265 pm.
Pour les électrons de valence 2p (n = 2 l = 1), la distance la plus probable est r = 4a0 = 212 pm. Les
électrons de valence sont beaucoup plus éloignés du noyau que les électrons de cœur.
Exercice 23.2
1. On remplit les orbitales par énergie croissante, en utilisant la
règle de Klechkowski : 1s
2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 4s
2 3d
6 . La dernière
couche est n = 4 donc le fer est sur la période 4. Il a 8
électrons de valence (sur les orbitales 4s et 3d). Le fer est
dans la colonne 8.
2. La couche de valence se remplit avec la règle de Hund. On
remplit tout d’abord l’orbitale 4s avec deux électrons de
spins opposés car l’énergie de cette orbitale est légèrement
inférieure à celle des orbitales 3d. Pour placer les 6 électrons
restants sur les 5 orbitales 3d, on place d’abord 5 électrons
avec leur nombre quantique magnétique de spin ms =
1
2
dans les 5 orbitales différentes puis le dernier avec ms = −
1
2
,
apparié avec un autre électron.
3. Il y a deux configurations possibles pour l’ion Fe
3+ . Dans
la première, on retire les deux électrons 4s et un électron
3d, ce qui donne pour la couche de valence 4s
0 3d
5 . Dans la
seconde, on retire 3 électrons 3d, ce qui donne 4s
2 3d
3 .
4. La première configuration a un spin total égal à
5
2
. La seconde a un spin total égal à
3
2
. La configuration de l’ion
Fe
3+ dans l’état fondamental est donc 1s
2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 3d
5 .
E n,l
O
E1,0
E2,0
E2,1
1s
2s
2p
3s
E3,0
3p
E3,1
4s
E4,0
3d
E3,2
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Atomes et éléments
5. On place par énergie croissante les orbitales 1s, 2s et 2p (l’échelle
n’est pas correcte). L’orbitale 1s contient deux électrons de nombres
quantiques de spin opposés. Les nombres quantiques sont (n = 0, l =
0, m l = 0, ms = ±
1
2
). L’orbitale 2s contient deux électrons de spins
opposés (n = 1, l = 0, m l = 0, ms = ±
1
2
). Pour le remplissage des
3 orbitales 2p, on doit utiliser la règle de Hund : on remplit d’abord
le maximum d’orbitales avec des spins de même sens. On a donc deux
électrons de nombres quantiques (n = 1, l = 1, m l = 0, ms =
1
2
) et
(n = 1, l = 1, m l = 1, ms =
1
2
). Remarque : le choix de m l parmi les
trois valeurs (−1, 0, 1) est arbitraire.
E n,l
O
E1,0
E2,0
E2,1
1s
2s
2p
6. Pour les électrons de cœur (n = 1 l = 0), la distance la plus probable est environ r = a0 = 53 pm. Pour
les électrons de valence 2s (n = 2 l = 0), la distance la plus probable est environ r = 5a0 = 265 pm.
Pour les électrons de valence 2p (n = 2 l = 1), la distance la plus probable est r = 4a0 = 212 pm. Les
électrons de valence sont beaucoup plus éloignés du noyau que les électrons de cœur.
Exercice 23.2
1. On remplit les orbitales par énergie croissante, en utilisant la
règle de Klechkowski : 1s
2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 4s
2 3d
6 . La dernière
couche est n = 4 donc le fer est sur la période 4. Il a 8
électrons de valence (sur les orbitales 4s et 3d). Le fer est
dans la colonne 8.
2. La couche de valence se remplit avec la règle de Hund. On
remplit tout d’abord l’orbitale 4s avec deux électrons de
spins opposés car l’énergie de cette orbitale est légèrement
inférieure à celle des orbitales 3d. Pour placer les 6 électrons
restants sur les 5 orbitales 3d, on place d’abord 5 électrons
avec leur nombre quantique magnétique de spin ms =
1
2
dans les 5 orbitales différentes puis le dernier avec ms = −
1
2
,
apparié avec un autre électron.
3. Il y a deux configurations possibles pour l’ion Fe
3+ . Dans
la première, on retire les deux électrons 4s et un électron
3d, ce qui donne pour la couche de valence 4s
0 3d
5 . Dans la
seconde, on retire 3 électrons 3d, ce qui donne 4s
2 3d
3 .
4. La première configuration a un spin total égal à
5
2
. La seconde a un spin total égal à
3
2
. La configuration de l’ion
Fe
3+ dans l’état fondamental est donc 1s
2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 3d
5 .
E n,l
O
E1,0
E2,0
E2,1
1s
2s
2p
3s
E3,0
3p
E3,1
4s
E4,0
3d
E3,2
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