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8
1 FICHE
I
Structure de l’atome
Compositiond’un atome nuage d’électrons (chargés )
noyau Zprotons(chargés ) Nneutrons (neutres)
Anucléons
A SymboleX = nom de l’élément chimique: X Z Z= numéro atomique etA= nombre de masse Un atome étant électriquement neutre, le nombre d’électrons est égal au nombre de protons. anion= atome ou groupe d’atomes portant une ou plusieurs charge(s) négative(s) (le nombre de charges (–) doit figurer). cation= atome ou groupe d’atomes portant une ou plusieurs charge(s) positive(s) (le nombre de charges (+) doit figurer).
II Couches et sous-couches électroniques Couches électroniques Les électrons se déplacent sur descouches électroniques, caractérisées par leur nombre quantique principal n. n= entier positif non nul :n= 1, 2, 3, etc.
n= 3
n= 2
n= 1
C h i m i e g é n é r a l e e n 3 0 f i c h e s
Plusnplusest élevé, la couche est éloignée du noyau
1 Sous-couches électroniques Chaque couche se subdivise en une ou plusieurs sous-couches, dont la forme est carac-térisée par lenombre quantique secondaire l. l= entier tel que : 0ln1 l=0 : sous-couche de type s l=1 : sous-couche de type p l=2 : sous-couche de type d
Exemple
Soit la couchen=2 ; on al=0 oul=couche1 : la n=2 est donc constituée de deux sous-couches notées (2s) et (2p).
Orientation des sous-couches électroniques Une sous-couche est formée de une ou plusieurs orbitales, caractérisées chacune par lenombre quantique magnétique m. m= entier tel que :lm+l On peut associer à chaque orbitale une case quantique :
type s m= 0 une orientation
type p m= –1 ; 0 ou 1 trois orientations
type d m= –2 ; –1 ; 0 ; 1 ou 2 cinq orientations
Spin d’un électron 1 Tout électron est caractérisé par sonnombre quantique de spin s:s= ±. 2
III Répartition des électrons Règles de remplissage Selon la forme de la sous-couche il y a un nombre limité d’électrons. • sous-couche de type s : 2 électrons maximum • sous-couche de type p : 6 électrons maximum • sous-couche de type d : 10 électrons maximum Tant queZn’est pas trop élevé, les électrons doivent garnir complètement les sous-couches dans l’ordre suivant : (1s) (2s) (2p) (3s) (3p)(4s) (3d)(4p) … Quelques exceptions existent(l’atome de chrome, par exemple). © Dunod – La photocopie n n autorisée es un délit.
F I C H E 1t r u c t u r e d e l ’ a t o m e– S
9
10
Configuration électronique :elle donne la répartition des électrons sur les sous-couches Exemple de l’atome d’oxygène 2 2 4 (1s) (2s) (2p)
Couche de valence :c’est la dernière couche occupée. Exemple de l’atome d’oxygène 2 2 4 (1s) (2s) (2p)
Répartition des électrons dans les cases quantiques Règle :les électrons doivent garnir le plus possible de cases quantiques avec un maxi-mum de 2 par case. L’intérêt des cases quantiques est de déduire le nombre d’électrons célibataires ou appariés Exemple de l’atome d’oxygène • • • • • • • •
A t o m e d e p o t a s s i u m
1.Donnez la configuration électronique de l’atome de potassium (Z=19) ; justifiez le fait que le dernier électron a pour nombre quantiques (n=4 ;l=0 ;m=0 ; 1 s=). 2 2.Cet atome possède 20 neutrons ; donnez son symbole.
S o l u t i o n
2 2 6 2 6 1 1.(1s) (2s) (2p) (3s) (3p) (4s) Le dernier électron est sur une sous-couche (4s), doncn=4 ;l=0.l=0 implique 1 quem=enfin, pour un électron,0 ; s= ± 2 2.L’élément chimique potassium a pour symbole K. 39 Z=19 ;N=20 doncA=39 nucléons d’où :K. 19
C h i m i e g é n é r a l e e n 3 0 f i c h e s
C o n f i g u r a t i o n s é l e c t r o n i q u e s
1.Donnez la configuration électronique des espèces chimiques indiquées ci-dessous, en précisant à chaque fois la couche de valence et le nombre d’électrons célibataires. O (Z= 8) ; Al (Z= 13) 2.Donnez la configuration électronique de l’espèce chimique Cl .
S o l u t i o n
1.Les couches de valence sont soulignées ci-dessous. 2 2 4 O :Z=8(1s) (2s) (2p) • • • • (2 électrons célibataires) • • 2 2 6 2 1 Al :Z=13(1s) (2s) (2p) (3s) (3p) (1 électron célibataire) 2 2 6 2 5 2.Cl :Z=(2s) (2p) (3s) (3p)17 (1s) – 2 2 6 2 6 Cl: 17+1=18 électrons :(1s) (2s) (2p) (3s) (3p)
P r o b a b i l i t é d e p r é s e n c e d ’ u n é l e c t r o n
On peut montrer que la probabilitépde présence en un point d’un électron apparte-nant à une sous-couche (1s) ne dépend que de sa distancerau centre du noyau et du numéro atomique Z de l’atome considéré. On a : 2×Z×r ( ) 212 a0 p=K×r×e avecK=constante eta0=52,9×10 m . Déterminez la valeur derpour laquelle la probabilité de trouver l’électron est la plus grande dans le cas de l’atome d’hydrogène (Z= 1).
S o l u t i o n   dp 2×r ( ) 2 a0 Z=1 doncp=K×r×e ;pmaximale si=0 dr     dp2 2×r2×r ( ) ( ) 2 a0a0 Or=K×2×r×e+K×r× ×e . dr a0     2×r2×r dp2 ( ) ( ) 2 a0a0 =0 équivaut à :K×2×r×e=K×r× ×e dr a0 12 Il reste :r=a0=52,9×10m.
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
F I C H E 1t r u c t u r e – S l ’ a t o m ed e
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