*** QUESTIONS RÉCURRENTES *** [MAJ : 06/12]

[Raboucho]

Salut à tous

Dans ce post nous regrouperons les réponses à vos questions très importantes et/ou récurrentes

Vous l'attendiez tous, voici la première réponse à une question assez difficile pour certains d'entre vous, j'espère que ça vous sera utile


Chapitre 1


1ère question : Comment fait on pour calculer le nombre d’électrons correspondant à « m = 1 » dans une configuration électronique ?


Tout d’abord, on regarde exactement à quelles orbitales correspond cette valeur, en utilisant le fait que –l ≤ m ≤ +l
→ ici « m = 1 », donc on peut en déduire que « l » doit forcément être supérieur ou égal à 1 pour que m puisse être égal à 1
« l = 1 » correspond aux orbitales de type « p », donc les orbitales qui possèdent « m = 1 » sont les orbitales de type « p », « d » et « f »


Combien d’électrons possédant cette valeur y a-t-il dans une de ces orbitales ?
Cette réponse est strictement la même pour toutes les valeurs de m, et pour toute orbitale qui possède cette valeur de m.

- Pour une orbitale totalement remplie, elle possède 2 électrons avec la valeur de m voulue → Pourquoi ?
Tout simplement parce que dans une orbitale (quelque soit le type), il y a une case quantique pour un jeu unique de valeurs de « n, l et m ».
Et donc pour une orbitale de type « s », il y a 1 case quantique (avec une seule valeur de m possible → « m = 0 »)
Pour une orbitale de type « p », il y a 3 cases quantiques, 1 avec « m = -1 », 1 avec « m = 0 » et 1 avec « m = +1 »
Pour une orbitale de type « d », il y a 5 cases quantiques, 1 avec « m = -2 », 1 avec « m = -1 », 1 avec « m = 0 », 1 avec « m = +1 » et 1 avec « m = +2 »
Pour une orbitale de type « f », il y a 7 cases quantiques, 1 avec « m = -3 », 1 avec « m = -2 », 1 avec « m = -1 », 1 avec « m = 0 », 1 avec « m = +1 », 1 avec « m = +2 » et 1 avec « m = +3 »
Et comme d’après le principe de Pauli, il ne peut y avoir que 2 électrons dans une case quantique (de spin opposé), on a donc bien, pour une valeur de m voulue, 2 électrons par orbitale atomique

- Pour une orbitale à demi remplie, elle possède 1 seul électron avec la valeur de m voulue → Pourquoi ?
C’est comme pour les orbitales totalement remplies, sauf qu’on applique la règle de Hund.
Si les orbitales sont à demi remplies, la règle de Hund dit qu’on maximise le spin totalement, on aura donc 1 électron par case quantique.
Et donc on a bien, pour une valeur de m voulue, 1 électron par orbitale atomique.

- Pour une orbitale qui n’est ni remplie totalement, ni à moitié, on ne peut pas déterminer combien d’électrons possèdent la valeur de m voulue → Pourquoi ?
Tout simplement parce que les électrons qui sont « en plus », qui ne permettent pas de remplir (totalement ou à moitié) l’orbitale atomique, on ne peut pas savoir dans quelle case quantiques ils se trouvent… car ces cases quantiques sont dégénérées, elles possèdent donc le même niveau énergétique, et donc la même stabilité
→ l’électron peut donc aller où il veut, et aussi il peut bouger comme il veut sur ces niveaux dégénérés, il est donc pas possible de savoir dans quelle case quantique il se trouve.
Par convention, on met les électrons dans les cases quantiques de gauche à droite, mais ce n’est pas une obligation, on peut très bien commencer par le milieu, ça ne change rien (si ce n’est qu’on risque de faire des erreurs )


Ensuite il suffit juste de compter les orbitales pleines, multiplier par 2 (car 2 électrons dans chaque orbitale pleine), puis de rajouter 1 si la dernière orbitale est partiellement remplie



2ème question : J'arrive pas à appliquer les exceptions des configurations électroniques, je trouve pas les bons résultats, comment dois-faire ?

Nous allons prendre plusieurs exemples afin de montrer les différentes exceptions :

Attention, cette année le prof considère les exceptions des orbitales f (cf. réponses du prof)

Exception portant sur le remplissage total des OA atomiques --> Cas le plus simple : Zn (Z = 30)
On écrit d'abord la suite : s s p s p s d p s d p s f d p s f d p s
On remplie ensuite avec le nombre d'électrons (ici 30) : s² s² p⁶ s² p⁶ s² d¹⁰
Puis on rajoute les n correspondant (on remplie d'abord les s de gauche à droite en partant de 1, puis les p en partant de 2, les d en partant de 3, et les f en partant de 4), ce qui donne :
--> 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰
Et enfin, on applique les exceptions :
--> toute orbitale d étant totalement remplie passe avant l'orbitale s qui la précède : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s²

Exception portant sur le remplissage total des OA atomiques --> Cas plus compliqué : Plomb (Z = 82)
On écrit d'abord la suite : s s p s p s d p s d p s f d p s f d p s
On remplie ensuite avec le nombre d'électrons (ici 82) : s² s² p⁶ s² p⁶ s² d¹⁰ p⁶ s² d¹⁰ p⁶ s² f¹⁴ d¹⁰ p²
Puis on rajoute les n correspondant (tu remplies d'abord les s de gauche à droite en partant de 1, puis les p en partant de 2, les d en partant de 3, et les f en partant de 4), ce qui donne :
--> 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p²
Et enfin, on applique les exceptions :
--> toute orbitale d étant totalement remplie passe avant l'orbitale s qui la précède, et toute orbitale f totalement remplie retourne avec les orbitale de même "n" : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s² 6p²

--> cependant, si on doit écrire le raccourci de la configuration électronique de cet atome, comme on doit le faire à partir du gaz rare (qui ne possède pas d'orbitale 4f dans sa configuration), uniquement dans ce cas 4f¹⁴ passe juste avant 5d, et on écrit donc : [₅₄Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p²

Exception portant sur le passage d'un électron d'une OA s vers une OA d --> Cas le plus simple : Cr (Z = 24)
On écrit d'abord la suite : s s p s p s d p s d p s f d p s f d p s
On remplie ensuite avec le nombre d'électrons (ici 24) : s² s² p⁶ s² p⁶ s² d⁴
Puis on rajoute les n correspondant (on remplie d'abord les s de gauche à droite en partant de 1, puis les p en partant de 2, les d en partant de 3, et les f en partant de 4), ce qui donne :
--> 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁴
Et enfin, on applique les exceptions :
--> il manque 1 électron à 3d pour être à moitié remplie, 4s va le lui donner : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 3d⁵

Exception portant sur le passage d'un électron d'une OA s vers une OA d --> Cas un peu plus compliqué : Cu (Z = 29)
On écrit d'abord la suite : s s p s p s d p s d p s f d p s f d p s
On remplie ensuite avec le nombre d'électrons (ici 29) : s² s² p⁶ s² p⁶ s² d⁹
Puis on rajoute les n correspondant (on remplie d'abord les s de gauche à droite en partant de 1, puis les p en partant de 2, les d en partant de 3, et les f en partant de 4), ce qui donne :
--> 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁹
Et enfin, on applique les exceptions :
--> il manque 1 électron à 3d pour être totalement remplie, 4s va le lui donner : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 3d¹⁰
--> comme 3d est totalement remplie, elle passe avant 4s : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹

Exception portant sur le passage d'un électron d'une OA s vers une OA d --> Cas où ça le plus compliqué : Or (Z = 79)
On écrit d'abord la suite : s s p s p s d p s d p s f d p s f d p s
On remplie ensuite avec le nombre d'électrons (ici 79) : s² s² p⁶ s² p⁶ s² d¹⁰ p⁶ s² d¹⁰ p⁶ s² f¹⁴ d⁹
Puis on rajoute les n correspondant (tu remplies d'abord les s de gauche à droite en partant de 1, puis les p en partant de 2, les d en partant de 3, et les f en partant de 4), ce qui donne :
--> 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d⁹
Et enfin, on applique les exceptions :
--> Les orbitales 3d, 4d et 4f étant totalement remplies, elles se regroupent avec les orbitales de même "n" : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 6s² 5d⁹
--> il manque 1 électron à 5d pour être totalement remplie, 6s va le lui donner : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 6s¹ 5d¹⁰
--> comme 5d est totalement rempli, il reprend sa place avec les orbitales de même "n" : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s¹

--> cependant, si on doit écrire le raccourci de la configuration électronique de cet atome, comme on doit le faire à partir du gaz rare (qui ne possède pas d'orbitale 4f dans sa configuration), uniquement dans ce cas 4f¹⁴ passe juste avant 5d, et on écrit donc : [₅₄Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹


Exception portant sur les cations --> Cas le plus simple : Ti²⁺ (Z = 22)
On écrit d'abord la suite : s s p s p s d p s d p s f d p s f d p s
On remplie ensuite avec le nombre d'électrons sans prendre en compte la charge (ici 22) : s² s² p⁶ s² p⁶ s² d²
Puis on rajoute les n correspondant (on remplie d'abord les s de gauche à droite en partant de 1, puis les p en partant de 2, les d en partant de 3, et les f en partant de 4), ce qui donne :
--> 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d²
Et enfin, on applique les exceptions :
--> il y a une charge 2+, il faut donc enlever 2 électrons, on enlève en priorité ceux avec le n le plus élevé (ici ceux de 4s) : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d²

Exception portant sur les cations --> Cas un peu plus compliqué : Cu⁺ (Z = 29)
On écrit d'abord la suite : s s p s p s d p s d p s f d p s f d p s
On remplie ensuite avec le nombre d'électrons sans prendre en compte la charge (ici 29) : s² s² p⁶ s² p⁶ s² d⁹
Puis on rajoute les n correspondant (on remplie d'abord les s de gauche à droite en partant de 1, puis les p en partant de 2, les d en partant de 3, et les f en partant de 4), ce qui donne :
--> 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁹
Et enfin, on applique les exceptions :
--> il manque 1 électron à 3d pour être totalement remplie, 4s va le lui donner : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 3d¹⁰
--> comme 3d est totalement remplie, elle passe avant 4s : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹
--> et seulement après on enlève l'électron correpondant à la charge + : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰



Bon courage