Chapitre 25 • Physique atomique
où configuration est l’ensemble des na
k ; lettre(L) = S, P, D, F, G, .... selon que
L = 0, 1, 2, 3, 4,... et 2 · S + 1 est appelé multiplicité.
2.S+1 [lettre(L)] est un terme et
2.S+1 [lettre(L)] J correspond à un niveau.
Exemples :
Ca (Z = 20) 1s
2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 4s
2 = [–]4s
2 ou [–]4s
1 5s
1 , [–]4s
1 3d
1 , ... ;
C (Z = 6) 1s
2 2s
2 2p
2 1 D 2 pour L = 2, S = 0, J = 2.
25.13.6 Ordre de remplissage des orbitales dans l’état fondamental
a) Remplissage des sous-couches : règle de Klechkowski-Madelung
Théorème 25.41
Règle de P. Klechkowski-E. Madelung (1925) : à quelques exceptions près, les souscouches (n, ℓ ) sont remplies à n + ℓ croissant puis n croissant.
La règle empirique, mais confirmée par les calculs,
est représentée sur le diagramme ci-contre. À partir de
l’élément Z = 18 ; certaines sous-couches peuvent commencer à se remplir alors que des sous-couches de plus
petit n (donc plus internes) sont encore vides. Pour tous
les atomes, les états de la couche externe (donc de plus
grand n) sont de type s-p. Lorsque les états s-p d’une
couche n finissent de se remplir (avec donc 8 électrons,
soit un octet), les sous-couches de plus petit n (donc plus
internes) sont complètes ou vides ; ceci correspond à un élément de gaz rare. Le remplissage progressif d’une sous-couche d correspond aux éléments de transition, celui
de la sous-couche 4f aux terres rares ou lanthanides et celui de la sous-couche 5f aux
actinides ; les exceptions à la règle concernent des éléments appartenant à ces trois
catégories.
Remarque
Les exceptions sont les suivantes. Pour Z = 24, 29, 41, 42, 44 à 47, 78 et 79 : un
électron qui devrait être sur la dernière orbitale s considérée occupe la dernière
orbitale d considérée. Pour Z = 57, 58 et 64 : un électron qui devrait être sur l’orbitale
4f occupe l’orbitale 5d. Pour Z = 89 à 93 et 96 : un électron qui devrait être sur
l’orbitale 5f occupe l’orbitale 6d.
Exemple
Ni (Z = 28) = 1s
2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 4s
2 3d
8 = 1s
2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 3d
8 4s
2 = [Ar]3d
8 4s
2 .
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“Gautron_9782100543007” (Col. : ScienceSup3-193x250) — 2010/6/15 — 17:13 — page 506 — #516
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où configuration est l’ensemble des na
k ; lettre(L) = S, P, D, F, G, .... selon que
L = 0, 1, 2, 3, 4,... et 2 · S + 1 est appelé multiplicité.
2.S+1 [lettre(L)] est un terme et
2.S+1 [lettre(L)] J correspond à un niveau.
Exemples :
Ca (Z = 20) 1s
2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 4s
2 = [–]4s
2 ou [–]4s
1 5s
1 , [–]4s
1 3d
1 , ... ;
C (Z = 6) 1s
2 2s
2 2p
2 1 D 2 pour L = 2, S = 0, J = 2.
25.13.6 Ordre de remplissage des orbitales dans l’état fondamental
a) Remplissage des sous-couches : règle de Klechkowski-Madelung
Théorème 25.41
Règle de P. Klechkowski-E. Madelung (1925) : à quelques exceptions près, les souscouches (n, ℓ ) sont remplies à n + ℓ croissant puis n croissant.
La règle empirique, mais confirmée par les calculs,
est représentée sur le diagramme ci-contre. À partir de
l’élément Z = 18 ; certaines sous-couches peuvent commencer à se remplir alors que des sous-couches de plus
petit n (donc plus internes) sont encore vides. Pour tous
les atomes, les états de la couche externe (donc de plus
grand n) sont de type s-p. Lorsque les états s-p d’une
couche n finissent de se remplir (avec donc 8 électrons,
soit un octet), les sous-couches de plus petit n (donc plus
internes) sont complètes ou vides ; ceci correspond à un élément de gaz rare. Le remplissage progressif d’une sous-couche d correspond aux éléments de transition, celui
de la sous-couche 4f aux terres rares ou lanthanides et celui de la sous-couche 5f aux
actinides ; les exceptions à la règle concernent des éléments appartenant à ces trois
catégories.
Remarque
Les exceptions sont les suivantes. Pour Z = 24, 29, 41, 42, 44 à 47, 78 et 79 : un
électron qui devrait être sur la dernière orbitale s considérée occupe la dernière
orbitale d considérée. Pour Z = 57, 58 et 64 : un électron qui devrait être sur l’orbitale
4f occupe l’orbitale 5d. Pour Z = 89 à 93 et 96 : un électron qui devrait être sur
l’orbitale 5f occupe l’orbitale 6d.
Exemple
Ni (Z = 28) = 1s
2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 4s
2 3d
8 = 1s
2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 3d
8 4s
2 = [Ar]3d
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