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Les Électrons. Modèle de Bohr Noyau Électron Orbite Niveau dénergie.

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1 Les Électrons

2 Modèle de Bohr Noyau Électron Orbite Niveau dénergie

3 Modèle de Bohr Accroissement dénergie Noyau En moyenne, les niveaux dénergie les plus bas sont les plus rapprochés du noyau et les niveaux les plus élevés sont les plus éloignés.

4 La mécanique quantique La théorie de la mécanique quantique, qui sert encore de nos jours à décrire la structure atomique, a été élaborée dans les années vingt. Elle se fonde essentiellement sur les mathématiques et décrit les positions des électrons par des modèles de probabilités plutôt que par des voies ou des orbites spécifiques.

5 La mécanique quantique La forme simplifiée que nous présentons ici suffit pour expliquer et prédire la structure atomique et les propriétés chimiques des éléments représentatifs. Voici les principales caractéristiques de cette théorie. a)Les protons sont contenus dans le noyau des atomes. Leur nombre correspond au numéro atomique.

6 La mécanique quantique b)Les électrons se trouvent dans des séries de niveaux dénergie à lextérieur du noyau. Dans un atome neutre, le nombre délectrons est égal au nombre de protons. c)Dans un atome, le nombre de niveaux dénergie occupés correspond généralement au numéro de la période dans le tableau périodique. d)Les nombres maximum délectrons pouvant occuper les trois premiers niveaux dénergie sont 2, 8 et 18.

7 La mécanique quantique e)Létat le plus stable dun atome porte le nom détat fondamental. Dans cet état, les électrons se trouvent aux niveaux dénergie les plus bas possible. f)Les électrons du niveau dénergie le plus élevé dun atome portent le nom délectrons de valence. Dans le cas des éléments représentatifs, le nombre délectrons correspond au dernier chiffre du numéro de groupe de latome.

8 Les niveaux dénergie Les niveaux dénergie sont représentés par la lettre n. n = 1 représente le premier niveau. n = 2 représente le deuxième. Etc.

9 Les sous-niveaux dénergie et les orbitales On désigne les sous-niveaux par les lettres s, p, d, f et g. On appelle orbitale lespace susceptible dêtre occupé par une paire délectrons. Le nombre de sous-niveaux dénergie dans un niveau dénergie est égal à n. Donc, le premier niveau na quun sous-niveau s. Le deuxième comprend les sous-niveaux s et p tandis que le troisième compte les sous- niveaux s, p, et d.

10 Les orbitales s apparaissent à partir du niveau n = 1. Lorbitale s est de forme sphérique. Chaque orbitale s peut loger deux électrons et sappelle 1s, 2s, 3s, etc.. Orbitales s

11 Orbitales p Les orbitales p apparaissent à partir du niveau n = 2. On identifie les orbitales p en fonction de laxe du système de coordonnées xyz selon lequel lorbitale est orientée. Chaque orbitale p peut loger deux électrons, alors 2p peut loger 6 électrons, car elle possède 2p x, 2p y et 2p z.

12 Orbitales p

13 Orbitales d Les orbitales d apparaissent à partir du niveau n = 3. Chaque orbitale d peut loger dix électrons, car elles possède 5 formes différentes.

14 Orbitales f Les orbitales f apparaissent à partir du niveau n = 4. Chaque orbitale f peut loger 14 électrons, car il possède 7 formes différentes.

15 Orbitales f

16 Résumé s p d f # de formes Électrons maximum Apparaissent à partir du niveau

17 Les niveaux dénergie Le premier niveau dénergie n = 1. Il y a seulement 1 orbital s. Donc, il y a 2 électrons au maximum. 1s 2 Le deuxième niveau dénergie n = 2. Il y a les orbitales s et p. Donc, il y a = 8 électrons au maximum. 2s 2 2p 6

18 Les niveaux dénergie Le troisième niveau dénergie n = 3. Il y a les orbitales s, p et d. Donc, il y a = 18 électrons au maximum. 3s 2 3p 6 3d 10 Le quatrième niveau dénergie n = 4. Il y a les orbitales s, p, d et f. Donc, il y a = 32 électrons au maximum. 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14

19 Le nombre maximum délectrons par niveau On trouve des électrons à chaque niveau dénergie dun atome. Dans un niveau, le plus grand nombre possible délectrons équivaut à 2 n 2. Ainsi, au premier niveau, n = 1, on trouve deux électrons. Au quatrième niveau, n = 4, on trouve 32 électrons.

20 Lordre de remplissage des orbitales Pour représenter correctement la distribution des électrons dans latome, il faut suivre lordre de remplissage des orbitales. Afin de respecter cet ordre, on na quà observer les trois règles suivantes:

21 Lordre de remplissage des orbitales 1.Remplir les orbitales ayant le plus bas niveau dénergie avant celles de plus haut niveau. 2.Respecter le principe dexclusion de Pauli. Dans un atome donné, deux électrons ne peuvent pas être caractérisés par le même ensemble de nombres quantiques (n, l, m, s). 3.Les électrons dun même sous-niveau dénergie doivent être distribués dans toutes les orbitales du sous-niveau avant de saturer à deux électrons ces orbitales. Cest la règle de Hund.

22 Énergie croissante 1s 2s 3s 4s 5s 6s 7s 2p 3p 4p 5p 6p 3d 4d 5d 7p 6d 4f 5f

23 La configuration électronique La configuration électronique est un agencement des électrons dans les niveaux dénergie dun atome.

24 La configuration électronique de phosphore Le phosphore a un numéro atomique de 15 alors nous devons représenter 15 électrons.

25 Les premiers 2 électrons sont logés dans lorbitale 1s. Il en reste encore 13 autres. Énergie croissante 1s 2s 3s 4s 5s 6s 7s 2p 3p 4p 5p 6p 3d 4d 5d 7p 6d 4f 5f

26 Les deux prochains électrons sont logés dans lorbitale 2s. Il en reste encore 11 autres. Énergie croissante 1s 2s 3s 4s 5s 6s 7s 2p 3p 4p 5p 6p 3d 4d 5d 7p 6d 4f 5f

27 Les six prochains électrons sont logés dans lorbitale 2p. Il en reste encore 5 autres. Énergie croissante 1s 2s 3s 4s 5s 6s 7s 2p 3p 4p 5p 6p 3d 4d 5d 7p 6d 4f 5f

28 Les deux prochains électrons sont logés dans lorbitale 3s. Il en reste 3 autres. Énergie croissante 1s 2s 3s 4s 5s 6s 7s 2p 3p 4p 5p 6p 3d 4d 5d 7p 6d 4f 5f

29 Énergie croissante 1s 2s 3s 4s 5s 6s 7s 2p 3p 4p 5p 6p 3d 4d 5d 7p 6d 4f 5f Les derniers trois électrons sont logés dans lorbitale 3p. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3

30 Truc mnémonique pour respecter lordre de remplissage 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 6f 7s 7p 7d 7f 1s 2 2 électrons

31 Truc mnémonique pour respecter lordre de remplissage 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 6f 7s 7p 7d 7f 1s 2 2s 2 4 électrons

32 Truc mnémonique pour respecter lordre de remplissage 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 6f 7s 7p 7d 7f 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 12 électrons

33 Truc mnémonique pour respecter lordre de remplissage 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 6f 7s 7p 7d 7f 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 20 électrons

34 Truc mnémonique pour respecter lordre de remplissage 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 6f 7s 7p 7d 7f 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 38 électrons

35 Truc mnémonique pour respecter lordre de remplissage 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 6f 7s 7p 7d 7f 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 56 électrons

36 Truc mnémonique pour respecter lordre de remplissage 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 6f 7s 7p 7d 7f 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 7s 2 88 électrons

37 Truc mnémonique pour respecter lordre de remplissage 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 6f 7s 7p 7d 7f 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 7s 2 5f 14 6d 10 7p électrons

38 Truc mnémonique pour respecter lordre de remplissage 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 6f 7s 7p 7d 7f

39 La configuration électronique des familles La configuration électronique est un agencement des électrons dans les niveaux dénergie dun atome.

40 1s11s1 1s 2 2s 1 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 1 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 1 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 7s 1 H 1 Li 3 Na 11 K 19 Rb 37 Cs 55 Fr 87

41 He 2 Ne 10 Ar 18 Kr 36 Xe 54 Rn 86 1s21s2 1s 2 2s 2 2p 6 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6

42 Tous les métaux alcalins finissent par s 1. Tous les métaux alcalino-terreux finissent par s 2. Lhélium a les propriétés dun gaz rare et sa configuration électronique finit par s 2. s2s2 s1s1 Les orbitales s

43 Les métaux de transition et les orbitales d d1d1 d2d2 d3d3 s1d5s1d5 d5d5 d6d6 d7d7 d8d8 s 1 d 10 d 10

44 Les orbitales p p1p1 p2p2 p3p3 p4p4 p5p5 p6p6

45 Les orbitales f

46 Les orbitales s apparaissent à partir du niveau n=1. Les orbitales p apparaissent à partir du niveau n=

47 Les orbitales d apparaissent à partir du niveau n= d

48 Les orbitales f apparaissent à partir du niveau n= f 5f

49 La configuration électronique expression abrégée. La configuration électronique du sodium est donc 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1. Pour éviter décrire la configuration électronique des couches internes, on emploie souvent une forme abrégée, [Ne] 3s 1, dans laquelle [Ne] remplace la configuration électronique du néon (1s 2 2s 2 2p 6 ).

50 La configuration électronique expression abrégée. Écrivez le symbole du dernier gaz rare avant lélément et … ensuite celui de lélément. Écrivez la configuration électronique longue et abrégée dAl. longue: Al est 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 abrégée: si Ne est 1s 2 2s 2 2p 6 Alors Al est [Ne] 3s 2 3p 1

51 Exemples Ge = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 2 Ge = [Ar] 4s 2 3d 10 4p 2 Hf = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 2 Hf = [Xe]6s 2 4f 14 5d 2

52 Les Exceptions

53 Écrire la configuration électronique des éléments suivants: Ti – Le titane a 22 électrons. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2 V – Le vanadium a 23 électrons. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 Cr – Le chrome a 24 électrons. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 4, mais cest faux!

54 Le chrome La vraie configuration électronique du chrome est: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5 Pourquoi? Parce que ceci nous donne deux orbitales demi remplies et elles ont moins dénergie. Ce principe sapplique aussi à lélément cuivre.

55 Le cuivre Cu – Le cuivre a 29 électrons. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 9 La vraie configuration électronique du cuivre est: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 10


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