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Configuration électronique

LycéeChimieOrdre de Aufbau (règle n + l), principe de Pauli et règle de Hund, avec les exceptions Cr et Cu ; les ions perdent les électrons 4s avant les 3d

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À propos de cette expérience

Pourquoi le sodium et le potassium se comportent-ils de façon si semblable, et pourquoi le tableau périodique a-t-il cette forme si particulière ? La réponse réside dans la disposition des électrons autour du noyau. Les électrons occupent les niveaux d’énergie et les orbitales selon un ordre défini, deux par orbitale avec des spins opposés, et se répartissent dans les orbitales de même énergie avant de former des paires. Construisez les atomes de l’hydrogène au krypton, un proton à la fois, comparez le modèle en couches au modèle orbital et formez des ions pour voir quels électrons sont perdus en premier.

Objectifs pédagogiques

  • Écrivez la configuration électronique complète des éléments 1 à 36, ainsi que leur notation abrégée utilisant le gaz noble
  • Appliquez le principe de Aufbau, le principe d’exclusion de Pauli et la règle de Hund
  • Reliez la répartition en couches 2, 8, 8 au modèle complet des sous-couches
  • Expliquez comment les blocs s, p et d du tableau périodique découlent de l’ordre de remplissage.
  • Écrivez les configurations électroniques d’ions, y compris celles des ions de métaux de transition.

Comment l’utiliser

  1. 1Appuyez sur « Construire » et observez les atomes, de l’hydrogène au krypton. Quelle sous-couche se remplit après 3p, et pourquoi n’est-ce pas 3d ?
  2. 2Arrêtez-vous à l’azote. Comment les trois électrons 2p sont-ils répartis dans les cases ? Combien sont célibataires ? Comparez avec l’oxygène.
  3. 3Comparez les configurations électroniques du lithium, du sodium et du potassium. Qu’ont-ils en commun, et comment cela explique-t-il leur chimie ?
  4. 4Regardez le tableau en bas. Dans quel bloc se trouve l’élément actuel, et en quoi cela correspond-il à la dernière sous-couche remplie ?
  5. 5Passez au chrome et au cuivre. En quoi diffèrent-ils du schéma simple ? Lisez la note.
  6. 6Formez Na⁺, Cl⁻ et O²⁻. Quelle configuration de gaz noble chacun atteint-il ?
  7. 7Formez Fe²⁺ et Fe³⁺. Quels électrons sont-ils perdus en premier ? Pourquoi Fe³⁺ est-il particulièrement stable ?
  8. 8Passez de l’ordre des couches à l’ordre de remplissage, et inversement. Quelle convention utilise votre organisme d’examen ?

Le modèle

Ordre de remplissage jusqu’au krypton (d’abord le plus petit n + l, puis le plus petit n)
Nombre maximal d’électrons dans la couche n
Capacité de chaque type de sous-couche (2 par orbitale)
Les ions positifs perdent d’abord les électrons 4s

Hypothèses

  • États fondamentaux des atomes et des ions libres en phase gazeuse. Seuls les éléments 1 à 36 sont pris en compte.
  • L’atome neutre suit l’ordre de remplissage n + l, à l’exception du chrome (3d⁵ 4s¹) et du cuivre (3d¹⁰ 4s¹), les seules exceptions dans cette plage.
  • Les ions positifs perdent d’abord les électrons de la couche la plus externe et, au sein d’une couche, les électrons p avant les électrons s. Les ions négatifs gagnent des électrons selon l’ordre de remplissage.
  • Les cases orbitalaires sont un outil de représentation : les flèches indiquent le spin vers le haut et le spin vers le bas, et non un mouvement réel.

À essayer en classe

  1. Q1Écris la configuration électronique complète du soufre et de S²⁻.
  2. Q2Un élément a pour configuration électronique [Ar] 3d³ 4s². Nomme-le et indique son groupe.
  3. Q3Combien d’électrons non appariés possède un atome de manganèse ? Et Mn²⁺ ?
  4. Q4Pourquoi 4s se remplit-elle avant 3d pour le potassium et le calcium, alors que les électrons 4s sont perdus en premier lors de la formation de Sc³⁺ ?
  5. Q5Pourquoi les éléments d’un même groupe ont-ils des propriétés chimiques similaires ?

Foire aux questions

Faut-il écrire 4s avant ou après 3d ?

Les deux écritures existent. Écrire les sous-couches dans l’ordre des couches ([Ar] 3d⁶ 4s²) correspond au style de l’IUPAC et est utilisé par de nombreux organismes d’examen. Les écrire dans l’ordre de remplissage ([Ar] 4s² 3d⁶) montre dans quel ordre elles ont été remplies. Vérifie celle qu’utilise ton cours ; le laboratoire présente les deux.

Pourquoi la règle 2, 8, 8 ne raconte-t-elle pas toute l’histoire ?

La troisième couche peut accueillir 18 électrons, mais 4s a une énergie plus faible que 3d. La quatrième couche commence donc à se remplir avec le potassium, avant que la troisième soit complète. Le schéma simple 2, 8, 8 ne fonctionne que jusqu’au calcium.

Y a-t-il d’autres exceptions plus bas dans le tableau ?

Oui. Le molybdène, l’argent, l’or et plusieurs autres éléments dérogent également à l’ordre simple. Pour les éléments lourds, les énergies sont si proches que leurs configurations sont difficiles à prévoir sans calcul.