CHIMIE

© Hachette Livre – H Prépa / Optique, 1 re année, MPSI-PCSI-PTSI –La photocopie non autorisée est un délit
COURS
12
E
2p
2s
1s
1
Classification périodique des éléments
1s 2 2s 2 2p 4
Doc. 18 À l’état fondamental,
l’atome d’oxygène possède deux électrons
célibataires : il est paramagnétique.
La règle de Klechkowski est empirique,
elle peut présenter des exceptions. Ainsi,
pour l’atome de :
• chrome, la configuration attendue est :
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 4
la configuration réelle est :
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5
• cuivre, la configuration attendue est :
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 9
la configuration réelle est :
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 10
Ces deux exemples s’expliquent par
la stabilisation particulière des souscouches
totalement ou à demi-remplies.
Déterminer les configurations électroniques des atomes
d’aluminium, titane et praséodyme dans leur état fondamental.
Préciser la répartition des électrons dans les
sous-couches non saturées.
Données : Z(Al) =13;Z(Ti) =22;Z(Pr) =59.
• L’atome d’aluminium de numéro atomique Z =13 possède
treize électrons ; sa configuration électronique dans
l’état fondamental s’en déduit : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 .
• L’atome de titane de numéro atomique Z =22 possède
vingt-deux électrons ; sa configuration électronique dans
l’état fondamental s’en déduit : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2 .
Remarque : La règle de Hund traduit la tendance naturelle des spins à être parallèles.
Pour obliger deux électrons à avoir deux spins opposés, il est nécessaire de
leur fournir de l’énergie ; c’est pourquoi l’état le plus stable est celui où les spins
sont parallèles.
Il est possible de vérifier expérimentalement la règle de Hund car la présence d’électrons
célibataires (non appariés dans une orbitale) dans un atome ou un édifice
polyatomique lui confère des propriétés magnétiques particulières : il est paramagnétique
(doc. 18) alors qu’en l’absence d’électrons célibataires, il est diamagnétique.
De telles espèces se comportent différemment dans un champ magnétique
inhomogène. Ces notions seront étudiées en Physique en seconde année.
3.5 Une conséquence de la règle de Klechkowski
■ À l’état fondamental, les dix-huit électrons de l’atome d’argon (Z = 18)
permettent de saturer les niveaux énergétiques jusqu’au niveau 3p inclus ; sa
configuration électronique est alors : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 .
L’atome de potassium (Z = 19) a un électron de plus que celui d’argon.
Quelle orbitale décrit le dix-neuvième électron ?
À partir de n = 3, existent des O.A. de type d caractérisées par un nombre quantique
azimutal égal à 2. Pour une O.A. 3d, la somme (n + ) est égale à 5 ; pour
une O.A. 4s, la somme (n + ) est égale à (4 + 0), soit 4.
Conformément à la règle de Klechkowski (doc. 12), le niveau 4s est occupé avant
le niveau 3d et l’état fondamental de l’atome de potassium correspond donc à la
configuration : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 .
■ L’occupation du niveau 3d ne commence qu’après saturation du niveau 4s (c’està-dire
pour l’élément de numéro atomique Z = 21) : les configurations dans l’état
fondamental des atomes de calcium (Z = 20) et de scandium (Z =21) sont donc
respectivement : Ca : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 ; Sc : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1
La saturation du niveau 3d s’achève pour le zinc (Z = 30) :
Zn : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10
On revient alors au remplissage des O.A. 4p. Le même phénomène se produit avec
les niveaux 5s et 4d, puis 6s et 5d, et ainsi de suite.
APPLICATION 2
Quelques configurations électroniques
D’après la règle de Hund, les deux électrons 3d occupent
deux niveaux d’énergie orbitalaire avec des spins parallèles :
• L’atome de praséodyme de numéro atomique Z =59
possède cinquante-neuf électrons ; sa configuration électronique
dans l’état fondamental s’en déduit :
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 3
D’après la règle de Hund, les trois électrons 4 f occupent
trois niveaux d’énergie orbitalaire avec des spins parallèles :
Pour s’entraîner : ex. 6, 7, 8 et 9