CHIMIE

Les nombres quantiques
CQFR
L’état d’un électron est donc défini par un quadruplet : (n, , m, m s)
• n est appelé nombre quantique principal : n *
• est appelé nombre quantique secondaire ou azimutal : * et 0 n – 1
• m est appelé nombre quantique magnétique : m et – m +
• ms est appelé nombre quantique magnétique de spin. Pour un électron : ms =+
1 ou ms =–
1 .
2 2
Énergie d’un atome
Les électrons d’un atome se répartissent sur des niveaux d’énergie caractérisés par le doublet (n, ). Chaque niveau
d’énergie de doublet (n, ) correspond à 2 +1orbitales atomiques, chacune de ces orbitales atomiques étant
caractérisée par le triplet (n, , m).
Les niveaux d’énergie np (ou nd ou nf ) correspondant à plusieurs orbitales atomiques, sont dits dégénérés.
L’énergie électronique d’un atome est la somme des énergies de ses différents électrons ; elle ne peut prendre que
certaines valeurs bien déterminées : elle est quantifiée.
• L’état de plus basse énergie de l’atome est son état fondamental ; c’est l’état le plus stable. Les états d’énergie
supérieure sont dits excités.
• La désexcitation d’un atome d’un niveau d’énergie E vers un niveau d’énergie E’ s’accompagne de l’émission
d’un photon de fréquence et de longueur d’onde dans le vide telle que :
h. =
h.c = E – E’
où h est la constante de Planck et c la célérité de la lumière dans le vide.
Configuration électronique
Classification périodique des éléments
doublet (n, ) n, 0 n, 1 n, 2 n, 3
niveau d’énergie ns np nd nf
nombre d’orbitales atomiques 1 3 5 7
• Établir la configuration d’un atome ou d’un ion monoatomique dans un état donné consiste à indiquer la
répartition, dans cet état, de ses électrons dans les différentes sous-couches 1s, 2s, 2p, … Le nombre d’électrons
dans chaque sous-couche étant noté en exposant.
• Principe de Pauli : dans un édifice monoatomique, deux électrons ne peuvent avoir leurs quatre nombres
quantiques (n, , m, m s) identiques.
Une couche de nombre quantique principal n contient au maximum 2n 2 électrons ; soit deux pour une couche ns,
six pour une couche np, dix pour une couche nd et quatorze pour une couche n f.
• Règle de Klechkowski : dans un atome polyélectronique (ou dans un anion), l’ordre du remplissage des souscouches
(caractérisées par les nombres quantiques n et ) est celui pour lequel la somme (n+) croît. Quand deux
sous-couches différentes ont la même valeur pour la somme (n +), la sous-couche qui est occupée la première
est celle dont le nombre quantique principal n est le plus petit.
Lorsque, dans un atome, la dernière sous-couche occupée est une sous-couche (n – 1) d ou (n – 2) f, ce sont les
électrons ns qui sont arrachés les premiers lors de l’obtention du cation correspondant.
• Règle de Hund : quand un niveau d’énergie est dégénéré et que le nombre d’électrons n’est pas suffisant pour
saturer ce niveau, l’état de plus basse énergie est obtenu en utilisant le maximum d’orbitales atomiques, les spins
des électrons non appariés étant parallèles,
1
COURS
© Hachette Livre – H Prépa / Chimie, 1 re année, PCSI –La photocopie non autorisée est un délit
27