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Qu'est-ce que la notation spectrale?
Le notation spectrale o La configuration électronique est la disposition des électrons en niveaux d'énergie autour du noyau d'un atome.
Selon l'ancien modèle atomique de Bohr, les électrons occupent plusieurs niveaux en orbite autour du noyau, de la première couche la plus proche du noyau, K, à la septième couche, Q, la plus éloignée du noyau.
En termes d'un modèle mécanique quantique plus raffiné, les couches K-Q sont subdivisées en un ensemble d'orbitales, chacune pouvant être occupée par pas plus d'une paire d'électrons (Encyclopædia Britannica, 2011).
Habituellement, la configuration électronique est utilisée pour décrire les orbitales d'un atome dans son état fondamental, mais elle peut également être utilisée pour représenter un atome ionisé dans un cation ou un anion, en compensant la perte ou le gain d'électrons dans leurs orbitales respectives.
De nombreuses propriétés physiques et chimiques des éléments peuvent être corrélées à leurs configurations électroniques uniques.
Les électrons de valence, les électrons de la couche la plus externe, sont le facteur déterminant de la chimie unique de l'élément (configurations électroniques et propriétés des atomes, S.F.).
Lorsque les électrons de la couche la plus externe d'un atome reçoivent une énergie quelconque, ils se déplacent vers des couches d'énergie plus élevées. Ainsi, un électron dans la couche K sera transféré à la couche L tout en étant dans un état d'énergie supérieur.
Lorsque l'électron revient à son état fondamental, il libère l'énergie qu'il a absorbée en émettant un spectre électromagnétique (lumière). Chaque atome ayant une configuration électronique spécifique, il aura également un spectre spécifique qui sera appelé spectre d'absorption (ou d'émission).
Pour cette raison, le terme notation spectrale est utilisé pour désigner la configuration électronique (notation spectroscopique, S.F.).
Comment déterminer la notation spectrale: nombres quantiques
Un total de quatre nombres quantiques sont utilisés pour décrire complètement le mouvement et les trajectoires de chaque électron dans un atome.
La combinaison de tous les nombres quantiques de tous les électrons dans un atome est décrite par une fonction d'onde conforme à l'équation de Schrödinger. Chaque électron dans un atome possède un ensemble unique de nombres quantiques.
Selon le principe d'exclusion de Pauli, deux électrons ne peuvent pas partager la même combinaison de quatre nombres quantiques.
Les nombres quantiques sont importants car ils peuvent être utilisés pour déterminer la configuration électronique d'un atome et la localisation probable des électrons dans l'atome.
Les nombres quantiques sont également utilisés pour déterminer d'autres caractéristiques des atomes, telles que l'énergie d'ionisation et le rayon atomique.
Les nombres quantiques désignent des coques spécifiques, des sous-couches, des orbitales et des spires d'électrons.
Cela signifie qu'ils décrivent complètement les caractéristiques d'un électron dans un atome, c'est-à-dire qu'ils décrivent chaque solution unique de l'équation de Schrödinger, ou la fonction d'onde, des électrons dans un atome.
Il y a un total de quatre nombres quantiques: le nombre quantique principal (n), le nombre quantique du moment cinétique orbital (l), le nombre quantique magnétique (ml) et le nombre quantique du spin de l'électron (ms).
Le nombre quantique principal, nn, décrit l'énergie d'un électron et la distance la plus probable de l'électron par rapport au noyau. En d'autres termes, il fait référence à la taille de l'orbitale et au niveau d'énergie auquel un électron est placé.
Le nombre de sous-couches, ou ll, décrit la forme de l’orbite. Il peut également être utilisé pour déterminer le nombre de nœuds angulaires.
Le nombre quantique magnétique, ml, décrit les niveaux d'énergie dans une sous-couche et ms désigne le spin de l'électron, qui peut être haut ou bas (Anastasiya Kamenko, 2017).
Principe d'Aufbau
Aufbau vient du mot allemand "Aufbauen" qui signifie "construire". Essentiellement, lors de l'écriture de configurations électroniques, nous construisons des orbitales d'électrons lorsque nous passons d'un atome à un autre.
En écrivant la configuration électronique d'un atome, nous remplirons les orbitales par ordre croissant de numéro atomique.
Le principe d'Aufbau provient du principe d'exclusion de Pauli qui dit qu'il n'y a pas deux fermions (par exemple, des électrons) dans un atome.
Ils peuvent avoir le même ensemble de nombres quantiques, ils doivent donc "s'accumuler" à des niveaux d'énergie plus élevés. La manière dont les électrons s'accumulent fait l'objet de configurations électroniques (principe d'Aufbau, 2015).
Les atomes stables ont autant d'électrons que les protons dans le noyau. Les électrons se rassemblent autour du noyau en orbitales quantiques selon quatre règles de base appelées le principe Aufbau.
- Il n'y a pas deux électrons dans l'atome qui partagent les mêmes quatre nombres quantiques n, l, m et s.
- Les électrons occuperont d'abord les orbitales du niveau d'énergie le plus bas.
- Les électrons rempliront toujours les orbitales avec le même numéro de spin.Lorsque les orbitales seront pleines, cela commencera.
- Les électrons rempliront les orbitales de la somme des nombres quantiques n et l. Les orbitales de valeurs égales de (n + l) seront d'abord remplies avec les valeurs de n inférieures.
Les deuxième et quatrième règles sont fondamentalement les mêmes. Un exemple de règle quatre serait les orbitales 2p et 3s.
Une orbitale 2p est n = 2 et L = 2 et 3s orbital est n = 3 et l = 1 (N + l) = 4 dans les deux cas, mais l'orbitale 2p ayant la plus faible valeur de n énergie ou inférieure sera remplie avant la Couche 3s.
Heureusement, le diagramme de Moeller illustré à la figure 2 peut être utilisé pour remplir des électrons. Le graphique est lu en exécutant les diagonales à partir de 1s.
La figure 2 montre les orbitales atomiques et les flèches suivent le chemin à suivre.
Maintenant, on sait que l'ordre des orbitals sont remplies, la seule chose qui reste est de mémoriser la taille de chaque orbitale.
Les orbitales S ont 1 valeur possible de ml contenir 2 électrons
Les orbitales P ont 3 valeurs possibles de ml contenir 6 électrons
Les orbitales D ont 5 valeurs possibles de ml contenir 10 électrons
Les orbitales F ont 7 valeurs possibles de ml contenir 14 électrons
C'est tout ce qui est nécessaire pour déterminer la configuration électronique d'un atome stable d'un élément.
Par exemple, prenez l'élément azote. L'azote a sept protons et donc sept électrons. Le premier orbital à remplir est l'orbitale 1s. Un orbital a deux électrons, il reste donc cinq électrons.
La prochaine orbitale est l'orbitale 2 et contient les deux suivantes. Les trois électrons finaux iront à l'orbitale 2p pouvant contenir jusqu'à six électrons (Helmenstine, 2017).
Règles de Hund
section Aufbau a expliqué comment les électrons remplissent les orbitales d'énergie le plus bas d'abord, puis passer à l'énergie orbitale de la plus haute seulement après que les orbitales d'énergie le plus bas sont remplis.
Cependant, il y a un problème avec cette règle. Certes, les 1s à orbitales terminée avant l'orbitale 2s car 1s ont une valeur orbitals plus faible de n, et la puissance donc plus faible.
Et les trois orbitales 2p différentes? Dans quel ordre devraient-ils être remplis? La réponse à cette question implique la règle de Hund.
La règle de Hund stipule que:
- Chaque orbitale dans un sous-niveau est occupée individuellement avant que toute orbitale ne soit doublement occupée.
- Tous les électrons des orbitales occupées individuellement ont la même rotation (pour maximiser la rotation totale).
Lorsque des électrons sont orbitales attribuées, un électron cherche d'abord à remplir tous avec la même énergie orbitals (appelées aussi dégénérés orbitals) avant paire d'électrons avec une autre demi-pleine orbitale.
Les atomes dans les états du sol ont tendance à avoir autant d'électrons non appariés que possible. Lorsque vous visualisez ce processus, considérez comment les électrons présentent le même comportement que les mêmes pôles dans un aimant s'ils entrent en contact.
Lorsque les électrons chargés négativement remplir orbital, d'abord ils essaient d'aller aussi loin l'un de l'autre avant d'avoir à paire (règles de Hund, 2015).
Références
- Anastasiya Kamenko, T. E. (2017, 24 mars). Numéros Quantiques. Extrait de chem.libretexts.org.
- Principe d'Aufbau. (3 juin 2015). Extrait de chem.libretexts.org.
- Configurations d'électrons et propriétés des atomes. (S.F.). Récupéré de oneonta.edu.
- Encyclopædia Britannica. (2011, 7 septembre). Configuration électronique. Récupéré de britannica.com.
- Helmenstine, T. (2017, 7 mars). Le principe Aufbau - Structure électronique et principe Aufbau. Récupéré de thoughtco.com.
- Règles de Hund. (18 juillet 2015). Extrait de chem.libretexts.org.
- Notation spectroscopique. (S.F.). Récupéré de bcs.whfreeman.com.