Configuration électronique des atomes Niveaux d'énergie quantifiés - spectres N

Configuration électronique des atomes Niveaux d'énergie quantifiés - spectres Nombres quantiques - configuration électronique mlm.pcsi configurations électroniques Existence de niveaux d'énergie quantifiés ‣ Le rayonnement électromagnétique Dualité onde-corpuscule : ! ! 2 réflexion réfraction diffraction interférences Nature ondulatoire ⇥= c λ Nature corpusculaire rayonnement du corps noir effet photoélectrique effet Compton spectres de raies E = h.ν mlm.pcsi configurations électroniques 2 aspects d'un même phénomène 3 mlm.pcsi configurations électroniques Existence de niveaux d'énergie quantifiés ‣ Relation de de Broglie ‣ Spectre électromagnétique 4 λ = h p aspect ondulatoire aspect corpusculaire mlm.pcsi configurations électroniques Existence de niveaux d'énergie quantifiés ‣ Production et analyse d'un spectre 5 mlm.pcsi configurations électroniques Existence de niveaux d'énergie quantifiés ‣ Spectre d'émission - spectre d'absorption 6 mlm.pcsi configurations électroniques Existence de niveaux d'énergie quantifiés ‣ Spectre d'émission - spectre d'absorption 7 Spectres du mercure Spectres du sodium Spectre de l'hydrogène Spectre du fer mlm.pcsi configurations électroniques Existence de niveaux d'énergie quantifiés ‣ Théorie de Bohr 8 L’énergie de l’atome ne peut prendre que les valeurs d’une suite discontinue; ce sont les niveaux d’énergie de l’atome. ! Dans un état stationnaire, l’atome n’émet ni n’absorbe aucune radiation. Par contre, l’électron peut passer d’un état stable d’énergie En à un état stable Ep. - soit absorption du quantum h
= Ep - En si Ep > En. - soit émission du quantum h
= En - Ep si En > Ep, mlm.pcsi configurations électroniques Théorie quantique de l'atome 9 mlm.pcsi configurations électroniques Les nombres quantiques ‣ Nombre quantique principal : n n est un entier qui quantifie l'énergie de l'atome d'hydrogène. E0 = 13,6 eV ! 10 n 1 2 3 4 5 … niveau K L M N O … En = −E0 n2 mlm.pcsi configurations électroniques Les nombres quantiques ‣ nombre quantique secondaire : l l est lié à la quantification de la norme du moment cinétique orbital ! l est un entier prenant les valeurs de 0 à n-1 ! ! ! 11 l 0 1 2 3 4 … sous-niveau s p d f g ⇤− ⇥ L ⇤= h 2π ! l(l + 1) mlm.pcsi configurations électroniques Les nombres quantiques ‣ nombre quantique magnétique : ml ml est lié à la quantification de la projection du moment cinétique orbital ! ! ml est un entier relatif pouvant prendre (2l +1) valeurs comprises entre -l et +l -l ≤ ml ≤ +l 12 Lz = h 2π.ml mlm.pcsi configurations électroniques Les nombres quantiques ‣ nombre quantique magnétique de spin : ms L'électron possède un moment magnétique de spin son module et sa projection sur Oz sont quantifiés Nombre quantique de spin pour l'électron : s = 1/2 ms est lié à la quantification de la projection du moment magnétique de spin ms est un entier relatif pouvant prendre (2s +1) valeurs comprises entre -s et +s donc 2 valeurs possibles ms = ± 1/2 ! 13 − ⇥ S Sz = h 2π .ms ⇤− ⇥ S ⇤= h 2π ! s(s + 1) mlm.pcsi configurations électroniques Les nombres quantiques 14 L'état d'un électron est entièrement défini par la donnée de quatre nombres quantiques (n, l, ml, ms) Un électron est donc caractérisé par la donnée de trois nombres quantiques (n, l, ml). L'atome d'hydrogène a une énergie qui ne dépend que de n L'énergie d'un atome quelconque dépend de n et de l. À un niveau d'énergie En,l peut correspondre plusieurs états quantiques (n, l, ml, ms) différents On dit que les niveaux d'énergie correspondants sont dégénérés. mlm.pcsi configurations électroniques Les nombres quantiques ‣ nb de niveaux dégénérés À une valeur de l correspond 2l+1 valeurs de ml l prend toutes les valeurs de 0 à n-1 15 N = n−1 ! ℓ=0 2⇥+ 1 = n2 À une valeur de n correspond n2 triplets (n, l, ml) À une valeur de n correspond 2n2 états quantiques (n, l, ml, ms) mlm.pcsi configurations électroniques Diagramme énergétique de l'hydrogène 16 En = −E0 n2 mlm.pcsi configurations électroniques Diagramme énergétique de l'hydrogène 17 En = −E0 n2 mlm.pcsi configurations électroniques Diagramme énergétique des autres atomes 18
                 mlm.pcsi configurations électroniques Configuration électronique 19 La configuration électronique d'un atome (ou d'un système) polyélectronique, dans un état donné, est la description de la répartition des électrons dans les différentes orbitales atomiques (ou niveaux d'énergie) 1s, 2s, 2p, etc. Le nombre d'électrons présents dans chaque sous-niveau est noté sous forme d'exposant. Les niveaux d'énergie sont notés nl avec la valeur de l correspondante : niveaux : ns, np, nd, nf doublet (n,l) (1,0) (2,0) (2,1) (3,0) (3,1) (3,2) ... niveau 1s 2s 2p 3s 3p 3d ... mlm.pcsi configurations électroniques Configuration électronique 20 mlm.pcsi configurations électroniques Configuration électronique ‣ Principe d'exclusion de Pauli Deux électrons d'un même atome ne peuvent avoir leurs quatre nombres quantiques : n, l, ml et ms identiques. Csq : Dans une case quantique (caractérisée par les 3 nombres quantiques n, l et ml ), il ne peut y avoir au plus que deux électrons (un électron dans l'état quantique correspondant à ms = + 1/2 et un électron dans l'état quantique correspondant à ms = -1/2). 21 mlm.pcsi configurations électroniques Configuration électronique ‣ Principe de stabilité - règle de Klechkowsky Principe de stabilité : Dans l'état fondamental, les électrons occupent les niveaux d'énergie les plus stables (càd ceux de plus basse énergie). ! La règle empirique, connue sous le nom de règle de Klechkowsky, détermine (à quelques exceptions près) l'ordre de remplissage des niveaux d'énergie conduisant à la configuration électronique d'un atome neutre dans son état fondamental. Dans un atome polyélectronique, l'ordre de remplissage des cases quantiques (caractérisées par les 3 nombres quantiques n, l, ml) est celui correspondant à (n, l) croissant. Lorsque deux sous niveaux d'énergie ont même valeur de (n,l), le sous niveau occupé en premier est celui qui correspond à la plus petite valeur de n. ! 22 mlm.pcsi configurations électroniques Configuration électronique 23 n 0 1 2 3 4 1 1s 2 2s 2p 3 3s 3p 3d 4 4s 4p 4d 4f 5 5s 5p 5d 5f 5g n+l =1 n+l =2 n+l =3 n+l =4 n+l =5 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f … mlm.pcsi configurations électroniques Configurations électroniques ‣ Règle de Hund Pour des niveaux d'énergie dégénérés (même n et même l), l'état de plus basse énergie est obtenu en utilisant le maximum de cases quantiques, les spins des électrons non appariés étant parallèles. La règle de Hund traduit la tendance naturelle des spins à être parallèles. Pour obliger deux électrons à avoir des spins opposés, il est nécessaire de leur fournir de l'énergie. Un atome possédant un ou plusieurs électrons non appariés est paramagnétique. Un atome ne possédant pas d'électron célibataire est diamagnétique. 24 structure électronique du carbone sous-couche np mlm.pcsi configurations électroniques Configurations électroniques 25 1s2 2s1 1s2 2s2 2p6 3s2 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 3Li 12Mg 15P demain ? mlm.pcsi configurations électroniques Configurations électroniques ‣ électrons de valence - électrons de cœur Les électrons de valence sont l'ensemble des électrons responsables des propriétés chimiques de l'atome étudié càd les électrons les plus éloignés du noyau. Il s'agit des électrons dont le nombre quantique principal est le plus grand et (s'il y en a) ceux appartenant à des sous-couches en cours de remplissage. ! Les autres électrons sont les électrons de cœur ; ils appartiennent aux couches internes. ! Exemples (état fondamental): Le fluor (Z = 9) : 1s2 2s2 2p5 Il possède deux électrons de cœur : 1s2 et sept électrons de valence 2s2 2p5 Le vanadium (Z = 23) : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3 ou 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3 4s2 Il possède dix-huit électrons de cœur : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 et cinq électrons de valence 4s2 3d3 ! On peut alors alléger l'écriture en remplaçant les électrons de cœur par le symbole chimique du gaz rare possédant cette configuration électronique. On écrit alors V : [Ar] 4s2 3d3 26 mlm.pcsi configurations électroniques Configurations électroniques ! Le samarium (Z = 62) : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f6 ! Il possède 54 électrons de cœur : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 et 8 électrons de valence 6s2 4f6 Les éléments du bloc f n’ont pas de numéro de colonne ; on précise seulement s’ils font partie de la série des lanthanides (période n = 6) ou des actinides (période n = 7). ! Le mercure (Z = 80) : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 ! Deux points de vue : la couche (n-1)d peut être considérée comme en cours de remplissage, puisque c’est la dernière dans l’ordre de Klechkowsky. On compte alors les 10 électrons d comme des électrons de valence. Mais on peut aussi remarquer que la uploads/Histoire/ chap2-config-pdf.pdf

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• Détails
• Publié le Jui 30, 2021
• Catégorie History / Histoire
• Langue French
• Taille du fichier 1.3272MB