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Chimie physique en 23 fiches

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Livres
160 pages

Description

cet ouvrage comporte 20 fiches de 4 à 8 pages couvrant l'ensemble des notions utiles à un étudiant des deux premières années d'études supérieures (L1/L2, PCEM1, PH1). Chaque fiche comprend un rappel de cours suivi d'une ou deux applications dont la résolution détaillée est appuyée par des conseils méthodologiques.

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Publié par
Ajouté le 18 août 2010
Nombre de lectures 137
EAN13 9782100541997
Licence : Tous droits réservés
Langue Français
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Atomes polyélectroniques
I
Orbitales atomiques des atomes polyélectroniques
3 FICHE
La résolution de l’équation de Schrödinger est impossible dans le cas des atomes ou des ions polyélectroniques. Il est nécessaire de faire des approximations pour déterminer des fonctions d’ondes approchées et les énergies du système.
Approximation orbitalaire Les solutions approchées de la fonction d’onde s’expriment sous la forme d’un produit de fonctions d’ondes monoélectroniques appelées orbitales atomiques. Chacune de ces fonctions monoélectroniques dépend des coordonnées d’un seul électron. Dans le cas d’un atome àNélectrons, Ye,e,e,...e e e... (1 2 3N)=f1(1)¥f2(2)¥f3(e3)¥fN(eN) Comme dans le cas des orbitales atomiques, les fonctions d’onde monoélectroniques peuvent s’écrire sous la forme du produit d’une partie radiale et d’une fonction angulaire. Chaque orbitale dépend des trois nombres quantiquesn,letm. l Énergies des orbitales atomiques L’énergie des orbitales atomiques d’un atome polyélectronique dépend des deux nombres quantiquesnetl. Le nombre quantique principalndéfinit une couche à laquelle appartient l’électron. ldécrit une sous-couche. L’énergie des orbitales atomiques évolue en fonction du numéro atomiqueZ. L’évolution des énergies suit les règles suivantes : – pour une valeur den(couche) donnée, l’énergie des orbitales atomiques augmente avecl. Les orbitales ayant la même valeur denetlont la même énergie. Le niveau d’énergie auquel appartiennent ces orbitales estdégénéré; – pour une valeur deldonnée, l’énergie des orbitales atomiques augmente avecn. Au-delàdesorbitales3p,cesrèglesnesontplusvériées.
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
3 –A t o m e s p o l y é l e c t r o n i q u e s
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II
Configuration électronique des atomes polyélectroniques
La configuration électronique d’un atome polyélectronique décrit la répartition des électrons dans les différentes sous-couches. Cette répartition est soumise aux règles énoncées ci-dessous.
Principe de Pauli Dans un atome polyélectronique, deux électrons ne peuvent pas avoir leurs quatre nombres quantiques identiques. Deux électrons occupant la même orbitale ont des valeurs de m différentes. On dit qu’ils sont appariés. s Règle de Klechkowsky À l’état fondamental, l’ordre de remplissage des sous-couches est celui où la somme (n+l) croît. Lorsque deux valeurs den+lusaplalquioc-sehcual,uostienesquonsidtpetite valeur dense remplit en premier : 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d, etc. Lordrederemplissagedespremièressous-couchesestindiquéci-dessous.Lesèchesindiquent l’ordre de remplissage des couches :
n= 1
n= 2
n= 3
n= 4
n= 5
n= 6
n= 7
l= 0
1s
2s
3s
4s
5s
6s
7s
l= 1
2p
3p
4p
5p
6p
C h i m i e P h y s i q u e e n 2 3 f i c h e s
l= 2
3d
4d
5d
6d
l= 3
4f
5f
6f
3 Règle de Hund Lorsque plusieurs électrons occupent des orbitales atomiques de même énergie (niveau d’énergie dégénéré), la configuration la plus stable est celle pour laquelle le nombre d’électrons ayant des spins identiques est maximal.
Électrons de cœur et électrons de valence Les électrons qui occupent les orbitales de plus basses énergies sont appelés électrons de cœur. Les électrons qui occupent les orbitales de plus hautes énergies sont appelés électrons de valence. En général, les électrons de valence ont la valeur denla plus grande. Ces électrons sont à l’origine des propriétés chimiques des éléments.
Exemple
14 L’azote 14, notéN, a 7 électrons. D’après la règle de Klechkowsky, sa configu-7 2 2 3 ration électronique est : 1s 2s 2p . Lasous-couche2pestconstituéedetroisorbitalesatomiquespdégénérées.Lesénergies des orbitales peuvent être représentées ainsi :
2 p 2 s
1 s
Électrons de valence
Électrons de cœur
Les électrons sont placés dans les orbitales atomiques en respectant le principe de Pauli. Les électrons occupant la même orbitale atomique ont des nombres quan-tiquesmagnétiquesdespinsdifférentsetsoriententdefaçonanti-parallèle. La stabilité maximale est obtenue lorsque les trois électrons de la sous-couche 2 p occupent des orbitales atomiques différentes avec le même spin.
III Énergie des orbitales : règles de Slater Dans le modèle de Slater, l’énergieEd’un électron i occupant une orbitale atomique i décrite par la fonction monoélectroniquejdépend des nombres quantiquesnetl: i 4 2 2 m e Z*Z* e E(n,l)= -= - A 2 2 2 8enh n 0 –18 AJ = 13,6 eV= 2,176 × 10 © Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
3 –p o l y é l e c t r o n i q u e sA t o m e s
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