CHIMIE

© Hachette Livre – H Prépa / Optique, 1 re année, MPSI-PCSI-PTSI –La photocopie non autorisée est un délit
COURS
10
E
1
Classification périodique des éléments
Doc. 10 Représentation énergétique
de la configuration 1s 2 . L’électron
de nombre magnétique de spin
m s = + 1/2 est représenté par une
flèche orientée vers le haut, celui de
spin m s = – 1/2 est représenté par une
flèche orientée vers le bas.
7
6
5
4
3
2
1
La couche M(n = 3) peut contenir au
maximum 18 électrons (2 3 2 ) :
– 2 sur la sous-couche 3s ;
– 6 sur la sous-couche 3p ;
– 10 sur la sous-couche 3d.
Doc. 11 Saturation de la couche M.
(*) La règle de Klechkowski est parfois
appelée principe de construction (ou principe
de l’Aufbau).
n
(7) 7s
(1) 1s
7p(8)
(6) 6s 6p(7)
(2) 2s 2p(3)
6d (8)
(5) 5s 5p(6) 5d (7) 5f(8)
(4) 4s 4p(5) 4d(6) 4f(7)
(3) 3s 3p(4) 3d(5)
0 1 2 3
Doc. 12 L’ordre de remplissage est
établi en suivant les flèches bleues
tracées toutes parallèles à celle joignant
2p et 3s, puis les flèches noires
tracées de façon à relier les extrémités
des flèches bleues. Les valeurs
de (n + ) sont indiquées entre parenthèses.
3 Configuration électronique d’un atome
3.1 Configurations électroniques
Établir la configuration électronique d’un atome, ou d’un ion monoatomique,
dans un état donné consiste à indiquer la répartition, dans cet état, des électrons
dans les différentes sous-couches ou les différentes orbitales atomiques,
1s, 2s, 2p, 3s,… le nombre d’électrons étant noté en exposant.
Ainsi, la notation 1s 2 signifie que deux électrons «occupent » l’orbitale atomique 1s.
Pour un atome ou un ion monoatomique, il existe autant de configurations électroniques
que d’états. On s’intéresse généralement à la configuration électronique
d’un atome ou d’un ion monoatomique dans son état fondamental, état le plus stable.
Pour établir la configuration électronique d’un atome polyélectronique dans son
état fondamental, trois règles doivent être appliquées : le principe de Pauli, la règle
de Klechkowski et la règle de Hunol.
3.2 Principe de Pauli
Dans un édifice monoatomique, deux électrons ne peuvent pas avoir leurs
quatre nombres quantiques (n, , m, m s) identiques.
Ainsi, deux électrons qui occupent une sous-couche 1s sont décrits par le
quadruplet (1, 0, 0, +1/2) pour l’un et (1, 0, 0, – 1/2) pour l’autre.
Ils ont la même énergie, mais leurs nombres magnétiques de spin sont opposés ;
on dit que leurs spins sont antiparallèles ou appariés (doc. 10).
Une orbitale atomique ne peut donc pas décrire plus de deux électrons.
Ainsi, une sous-couche s peut contenir au plus deux électrons, une sous-couche p
au plus six électrons, une sous-couche d au plus dix électrons, une sous-couche f
au plus quatorze électrons.
Une sous-couche qui contient le maximum d’électrons qu’il lui est permis de
contenir est dite saturée.
Le principe de Pauli a déjà été énoncé en classe de Seconde :
Chaque couche ne peut contenir qu’un nombre limité d’électrons : la couche
de numéro n contient au maximum 2n 2 électrons (doc. 11).
3.3 Règle de Klechkowski
À l’état fondamental, l’énergie de l’atome est minimale : cela correspond à une
occupation des niveaux d’énergie électronique les plus bas.
La règle de Klechkowski (*) est une règle empirique qui permet de retrouver l’ordre
de remplissage des sous-couches afin d’obtenir la configuration électronique d’un
atome dans son état fondamental.
Dans un atome polyélectronique, l’ordre de remplissage des sous-couches
(caractérisées par les nombres quantiques n et ) est celui pour lequel la
somme (n+) croît.
Quand deux sous-couches ont la même valeur pour la somme (n+), la souscouche
qui est occupée la première est celle dont le nombre quantique principal
n est le plus petit.
Le document 12 indique un moyen mnémotechnique pour retrouver l’ordre de
remplissage des sous-couches donné par la règle de Klechkowski.