i
i
“MPSI-fin” — 2013/7/22 — 9:45 — page 93 — #101
i
i
i
i
i
i
ATOME POLYÉLECTRONIQUE
Niveaux d’énergie et règle de KLECHKOWSKI
Au sein de l’atome polyélectronique les énergies des orbitales sont accessibles expérimentalement (méthodes spectroscopiques). L’analyse fine permet d’attribuer à une énergie un type
d’orbitale et on constate que l’énergie dépend à la fois de la nature de l’élément chimique, du
nombre quantique n mais aussi du nombre quantique . Considérant le nombre d’éléments
chimiques, il n’est pas envisageable de fournir pour chaque élément les énergies associées
à chaque orbitale, d’autant plus que pour un chimiste, seuls les électrons les moins liés sont
concernés par les réactions chimiques. Cependant certaines similitudes existent entre atomes
polyélectroniques, notamment l’ordre énergétique dans lequel sont rencontrées les différentes orbitales. Cette constatation est de nature essentiellement expérimentale et se résume
de façon simple sous le nom de règle de KLECHKOWSKI. Cette règle est en fait loin d’être
toujours vérifiée mais elle donne de bons résultats pour les électrons les moins bien liés (qui
interviendront dans les réactions chimiques). La règle de KLECHKOWSKI fournit le principe
suivant :
Dans l’atome polyélectronique, plus la somme n + est élevée, plus l’orbitale atomique
correspondante est haute en énergie (et décrit un électron peu lié). Pour une même valeur
de n + , c’est l’orbitale de nombre quantique n le plus faible qui est la plus profonde en
énergie.
Ainsi l’ordre suivant est observé dans la plupart des atomes :
orbitale 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p
n +
1
2
3
3
4
4
5
5
5
6
6
. . . → E augmente
TABLE 2.1 – Énergies des orbitales atomiques dans un atome polyélectronique
Retenons par ailleurs un moyen mnémotechnique pour retrouver rapidement l’ordre énergétique des orbitales atomiques : il suffit de tracer deux axes figurant les nombres quantiques n
et puis de placer les orbitales atomiques correspondantes. L’ordre énergétique est indiqué
par la succession des flèches diagonales lues de bas en haut et de droite à gauche (se reporter
à la figure 2.15).
n
1
2
3
4
5
6
1 2
3
0
s p d
f
1s
2s 2p
3s 3p
4s
3d
4p 4d 4f
5s 5p 5d 5f
6s 6p
FIGURE 2.15 – Classement énergétique des orbitales atomiques
93
i
“MPSI-fin” — 2013/7/22 — 9:45 — page 93 — #101
i
i
i
i
i
i
ATOME POLYÉLECTRONIQUE
Niveaux d’énergie et règle de KLECHKOWSKI
Au sein de l’atome polyélectronique les énergies des orbitales sont accessibles expérimentalement (méthodes spectroscopiques). L’analyse fine permet d’attribuer à une énergie un type
d’orbitale et on constate que l’énergie dépend à la fois de la nature de l’élément chimique, du
nombre quantique n mais aussi du nombre quantique . Considérant le nombre d’éléments
chimiques, il n’est pas envisageable de fournir pour chaque élément les énergies associées
à chaque orbitale, d’autant plus que pour un chimiste, seuls les électrons les moins liés sont
concernés par les réactions chimiques. Cependant certaines similitudes existent entre atomes
polyélectroniques, notamment l’ordre énergétique dans lequel sont rencontrées les différentes orbitales. Cette constatation est de nature essentiellement expérimentale et se résume
de façon simple sous le nom de règle de KLECHKOWSKI. Cette règle est en fait loin d’être
toujours vérifiée mais elle donne de bons résultats pour les électrons les moins bien liés (qui
interviendront dans les réactions chimiques). La règle de KLECHKOWSKI fournit le principe
suivant :
Dans l’atome polyélectronique, plus la somme n + est élevée, plus l’orbitale atomique
correspondante est haute en énergie (et décrit un électron peu lié). Pour une même valeur
de n + , c’est l’orbitale de nombre quantique n le plus faible qui est la plus profonde en
énergie.
Ainsi l’ordre suivant est observé dans la plupart des atomes :
orbitale 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p
n +
1
2
3
3
4
4
5
5
5
6
6
. . . → E augmente
TABLE 2.1 – Énergies des orbitales atomiques dans un atome polyélectronique
Retenons par ailleurs un moyen mnémotechnique pour retrouver rapidement l’ordre énergétique des orbitales atomiques : il suffit de tracer deux axes figurant les nombres quantiques n
et puis de placer les orbitales atomiques correspondantes. L’ordre énergétique est indiqué
par la succession des flèches diagonales lues de bas en haut et de droite à gauche (se reporter
à la figure 2.15).
n
1
2
3
4
5
6
1 2
3
0
s p d
f
1s
2s 2p
3s 3p
4s
3d
4p 4d 4f
5s 5p 5d 5f
6s 6p
FIGURE 2.15 – Classement énergétique des orbitales atomiques
93