Comment comprendre la configuration électronique des atomes
La configuration électronique d'un atome est une façon de décrire comment ses électrons sont répartis dans différents niveaux et sous-niveaux d'énergie autour du noyau. La configuration électronique d'un atome détermine de nombreuses propriétés physiques et chimiques, telles que sa réaction avec d'autres atomes, la façon dont il conduit l'électricité, et son comportement dans un champ magnétique.
Qu'est-ce qu'un Électron?
Un électron est une particule subatomique chargée négativement qui orbite autour du noyau d'un atome. Le noyau est composé de protons chargés positivement et de neutrons chargés de manière neutre. Le nombre de protons dans le noyau définit le numéro atomique d'un élément, et le nombre d'électrons dans un atome neutre est égal au nombre de protons.
Les électrons ont très peu de masse comparativement aux protons et aux neutrons, et ils se déplacent très rapidement dans leurs orbites. Les orbites ne sont pas des trajectoires circulaires, mais plutôt des régions de l'espace où les électrons sont le plus susceptibles d'être trouvés. Ces régions sont appelées orbitales ou sous-couches, et elles ont différentes formes et tailles en fonction de leur niveau d'énergie.
Qu'est-ce qu'un Niveau d'Énergie?
Un niveau d'énergie est une couche principale ou une orbite qui contient une ou plusieurs sous-couches ou orbitales. Le niveau d'énergie d'une orbitale est déterminé par sa distance du noyau : plus elle est proche, plus son énergie est basse ; plus elle est éloignée, plus son énergie est élevée.
Les niveaux d'énergie sont numérotés de 1 à 7, en commençant par celui le plus proche du noyau. Le premier niveau d'énergie peut contenir jusqu'à 2 électrons, le deuxième jusqu'à 8, le troisième jusqu'à 18, et ainsi de suite. La formule pour calculer le nombre maximum d'électrons dans un niveau d'énergie est 2n^2, où n est le numéro du niveau d'énergie.
Qu'est-ce qu'une Sous-Couche?
Une sous-couche est une subdivision d'un niveau d'énergie qui contient une ou plusieurs orbitales ayant la même forme et la même énergie. Les sous-couches sont nommées par des lettres : s, p, d, f, g, etc., correspondant aux nombres quantiques orbitaux 0, 1, 2, 3, 4, etc. Le nombre de sous-couches dans un niveau d'énergie est égal au numéro du niveau d'énergie : par exemple, le premier niveau d'énergie a une sous-couche (s), le deuxième en a deux (s et p), le troisième en a trois (s, p et d), et ainsi de suite.
Le nombre maximum d'électrons qui peuvent tenir dans une sous-couche est donné par la formule 2(2l + 1), où l est le nombre quantique orbital. Par exemple, la sous-couche s peut contenir jusqu'à 2 électrons, la sous-couche p jusqu'à 6, la sous-couche d jusqu'à 10, et la sous-couche f jusqu'à 14.
Qu'est-ce qu'une Orbitale?
Une orbitale est une région de l'espace à l'intérieur d'une sous-couche où un électron peut être trouvé avec une certaine probabilité. La forme et la taille d'une orbitale dépendent de son niveau d'énergie et de sa sous-couche : par exemple, les orbitales s sont sphériques, les orbitales p sont en forme de bâtonnet, les orbitales d sont en forme de trèfle ou de forme complexe, et les orbitales f sont encore plus complexes.
Chaque orbitale peut contenir jusqu'à 2 électrons avec des spins opposés : un tournant dans le sens horaire et un tournant dans le sens antihoraire. Le spin est une autre propriété des électrons qui affecte leur comportement magnétique.
Comment Écrire la Configuration Électronique d'un Atome?
La configuration électronique d'un atome est écrite en listant toutes les sous-couches occupées avec leur nombre d'électrons en exposant. Par exemple, la configuration électronique de l'hydrogène (H) avec un électron est 1s^1 ; la configuration électronique de l'hélium (He) avec deux électrons est 1s^2 ; la configuration électronique du lithium (Li) avec trois électrons est 1s^2 2s^1 ; et ainsi de suite.
L'ordre dans lequel les sous-couches sont remplies suit une règle appelée principe d'Aufbau ou principe de construction : les électrons occupent d'abord les orbitales d'énergie la plus basse disponibles avant de passer aux orbitales d'énergie plus élevée.
Comment Appliquer le Principe d'Aufbau?
Pour écrire la configuration électronique d'un atome en utilisant le principe d'Aufbau, nous devons suivre ces étapes :
Commencez par l'orbitale d'énergie la plus basse, qui est l'orbitale 1s, et remplissez-la avec jusqu'à deux électrons.
Passez à l'orbitale d'énergie suivante, qui est l'orbitale 2s, et remplissez-la avec jusqu'à deux électrons.
Passez à l'orbitale d'énergie suivante, qui est l'orbitale 2p, et remplissez-la avec jusqu'à six électrons.
Continuez ce processus jusqu'à ce que tous les électrons de l'atome soient assignés à des orbitales.
Pour simplifier l'écriture des configurations électroniques, nous pouvons utiliser une notation abrégée qui utilise le symbole du gaz noble précédent entre crochets pour représenter les électrons internes qui sont dans une configuration stable. Par exemple, au lieu d'écrire 1s^2 2s^2 2p^6 pour le néon (Ne), nous pouvons écrire [He] 2s^2 2p^6, où [He] représente la configuration de l'hélium (He).
Nous pouvons également utiliser un diagramme appelé diagramme orbital ou diagramme de configuration électronique pour montrer la distribution des électrons dans les orbitales en utilisant des flèches ou des cercles. Les flèches représentent le spin des électrons, et elles doivent être appariées avec des spins opposés dans chaque orbitale. Les cercles représentent les électrons sans montrer leur spin.
Quelles sont les Exceptions au Principe d'Aufbau?
Le principe d'Aufbau fonctionne bien pour la plupart des éléments, mais il existe certaines exceptions où les électrons ne remplissent pas les orbitales selon leurs niveaux d'énergie. Ces exceptions se produisent parce que certains atomes sont plus stables lorsqu'ils ont des sous-couches demi-remplies ou complètement remplies, en particulier dans les blocs d et f.
Par exemple, le chrome (Cr) a un numéro atomique de 24, ce qui signifie qu'il a 24 électrons. Selon le principe d'Aufbau, sa configuration électronique devrait être [Ar] 4s^2 3d^4, où [Ar] représente la configuration de l'argon (Ar). Cependant, cette configuration n'est pas très stable car la sous-couche 3d est seulement partiellement remplie avec quatre électrons. Une configuration plus stable est [Ar] 4s^1 3d^5, où les sous-couches 4s et 3d sont toutes deux demi-remplies avec un et cinq électrons, respectivement.
Un autre exemple est le cuivre (Cu), qui a un numéro atomique de 29 et 29 électrons. Selon le principe d'Aufbau, sa configuration électronique devrait être [Ar] 4s^2 3d^9, où [Ar] représente la configuration de l'argon (Ar). Cependant, cette configuration n'est pas très stable car la sous-couche 3d est seulement partiellement remplie avec neuf électrons. Une configuration plus stable est [Ar] 4s^1 3d^10, où les sous-couches 4s et 3d sont toutes deux complètement remplies avec un et dix électrons, respectivement.
Il y a d'autres exceptions au principe d'Aufbau dans les métaux de transition (bloc d) et les lanthanides et actinides (bloc f). Pour identifier ces exceptions, nous devons examiner leurs configurations électroniques observées et les comparer avec celles prédites en fonction de leurs niveaux d'énergie.
Pourquoi la Configuration Électronique d'un Atome est-elle Importante?
La configuration électronique d'un atome est importante car elle détermine de nombreuses propriétés physiques et chimiques. Par exemple :
Le nombre d'électrons de valence, qui sont les électrons dans la couche ou la sous-couche la plus externe, affecte la façon dont un atome forme des liaisons avec d'autres atomes. Les atom
