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Configuration électronique

Le La distribution des électrons au sein d'un atome ou d'une molécule est appelée sa « configuration électronique ». qui définit les niveaux d’énergie et les orbitales occupées par les électrons. Le numéro atomique d'un élément, qui équivaut au nombre de protons dans le noyau de l'atome, détermine la configuration électronique de l'élément.

La quantité d'électrons dans chaque couche et sous-couche est généralement représentée par une séquence de chiffres et de lettres, telles que 1s 2s.²14h⁶, pour décrire la configuration électronique d'un atome. Le nombre quantique principal, qui correspond au niveau d'énergie ou à la couche d'énergie de l'électron, est représenté par le premier nombre de la séquence. Le nombre quantique du moment cinétique détermine quelle lettre après le nombre quantique principal désigne la sous-couche ou l'orbitale de l'électron.

Un diagramme orbital ou un diagramme de couche électronique, qui montre la disposition des électrons dans les niveaux d'énergie et les orbitales de l'atome, peut également être utilisé pour décrire la configuration électronique d'un atome. Chaque orbitale est symbolisée par une boîte ou un cercle dans un diagramme orbital, et chaque électron est symbolisé par une flèche montant ou descendant pour indiquer son spin.

La structure électronique d’un atome joue un rôle important dans la détermination de nombreuses caractéristiques chimiques et physiques de l’élément. Par exemple, la réactivité d'un atome, ses caractéristiques de liaison et sa capacité à participer à des réactions chimiques sont toutes influencées par la quantité et la disposition de ses électrons. La quantité d'énergie nécessaire pour extraire un électron d'un atome est appelée énergie d'ionisation, qui est également déterminée par la configuration électronique de l'atome.

L'emplacement d'un élément dans le tableau périodique, qui est une liste d'éléments classés par ordre croissant de numéro atomique, peut également être prédit à l'aide de la configuration électronique de l'élément. Le tableau périodique regroupe des éléments ayant des configurations électroniques comparables et des propriétés équivalentes.

Le principe d'exclusion de Pauli, qui affirme que deux électrons d'un atome ne peuvent pas avoir le même ensemble de nombres quantiques, dicte la configuration électronique d'un atome. En conséquence, chaque électron d’un atome doit habiter un niveau d’énergie et une orbitale distincts, et chaque orbitale ne peut accueillir qu’une paire d’électrons de spin opposé.

les chiffres de l'alphabet

Diverses méthodes spectroscopiques peuvent être utilisées pour établir directement la configuration électronique d’un atome. Par exemple, la configuration électrique d'un atome dans son état fondamental peut être déterminée à l'aide du spectre d'émission d'un élément, et les niveaux d'énergie des électrons dans l'atome peuvent être déterminés à l'aide du spectre d'absorption de l'élément.

En conclusion, la configuration électronique d’un atome est un élément fondamental de sa structure et affecte un certain nombre de ses caractéristiques chimiques et physiques. Le numéro atomique d'un élément détermine sa configuration électronique, qui peut être représentée sous la forme d'une série de nombres et de symboles, d'un diagramme orbital ou d'un diagramme de coquille électronique. Le principe d'exclusion de Pauli, qui peut être découvert expérimentalement à l'aide de méthodes spectroscopiques, dicte la configuration électronique d'un atome.

Les configurations électroniques sont utiles pour :

• Déterminer la valence d'un élément.
• Prédire les caractéristiques d'un groupe d'éléments (les propriétés des éléments ayant une configuration électronique similaire sont souvent identiques).
• Analyse du spectre atomique.

Comment écrire une configuration électronique

Coquilles

Sur la base du nombre quantique principal, le plus grand nombre d’électrons pouvant tenir dans une coquille peut être calculé (n). La formule est 2n², où n est le numéro de coque. Les tableaux ci-dessous répertorient les coquilles, les valeurs n et le nombre total d'électrons pouvant s'adapter.

Sous-coquilles

• Le nombre quantique azimutal (représenté par la lettre « l ») détermine les sous-couches dans lesquelles les électrons sont divisés.
• La valeur du nombre quantique principal, n, détermine la valeur de ce nombre quantique. En conséquence, quatre sous-couches distinctes peuvent exister lorsque n est égal à 4.
• Lorsque n=4. Les sous-couches s, p, d et f sont les sous-couches correspondantes pour l=0, l=1, l=2 et l=3, respectivement.
• L'équation 2*(2l+1) indique combien d'électrons une sous-couche peut contenir dans sa capacité maximale.
• Par conséquent, le plus grand nombre d’électrons pouvant entrer dans les sous-couches s, p, d et f sont respectivement 2, 6, 10 et 14.

Notation

• À l’aide d’étiquettes de sous-couches, la configuration électronique d’un atome est décrite. Ces étiquettes incluent le numéro de sous-couche et le numéro de coque, qui est déterminé par le nombre quantique principal.
• la désignation (fournie par le nombre quantique azimutal) et, en exposant, le nombre total d'électrons dans la sous-couche.
• Par exemple, la notation serait '1s²' s'il y avait deux électrons dans la sous-couche s de la première couche.
• La configuration électronique de l'aluminium (numéro atomique 13) peut être exprimée par 1s²2s²14h⁶3s²15h¹en utilisant ces étiquettes de sous-shell.

Le principe d'Aufbau, le principe d'exclusion de Pauli et la règle de Hund sont utilisés pour remplir les orbitales atomiques. Ces lignes directrices aident à décider comment les électrons occupent les orbitales accessibles.

Principe structurel :

Selon le principe d'Aufbau, les électrons occupent des orbitales dans le sens d'une énergie croissante. Cela indique qu’avant de remplir les orbitales de plus haute énergie, les électrons rempliront d’abord celles de plus basse énergie. Le tableau périodique peut être utilisé pour déterminer dans l'ordre les niveaux d'énergie des orbitales. Les étiquettes des orbitales sont une combinaison de lettres et de chiffres : la lettre désigne la forme orbitale ou sous-couche (s, p, d, f), et le nombre désigne le nombre quantique principal (n), qui définit le niveau d'énergie de l'orbitale. orbital.

Principe d'exclusion de Pauli:

Deux électrons dans un atome ne peuvent pas avoir la même collection de quatre nombres quantiques (n, l, ml et ms), selon le principe d'exclusion de Pauli. Le plus grand nombre d’électrons pouvant tenir dans chaque orbitale est de deux, et ils doivent avoir des spins opposés.

Règle du chien :

Selon la règle de Hund, les électrons habiteront d'abord des orbitales distinctes avec le même spin lorsqu'ils rempliront des orbitales dégénérées (orbitales avec la même énergie). En conséquence, les électrons des orbitales dégénérées tenteront constamment de maximiser leur spin total.

L’ordre de remplissage des orbitales atomiques peut être établi en utilisant ces principes.

Les orbitales sont remplies dans l'ordre suivant :

• 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p et ainsi de suite
• Prenons l'exemple du chargement de carbone pour le démontrer (numéro atomique 6). Six électrons sont présents dans le carbone et ils occuperont les orbitales accessibles de la manière indiquée ci-dessus.
• L’orbitale 1s sera remplie par les deux premiers électrons. L’orbitale 2s sera remplie par les deux électrons suivants. Deux des trois orbitales 2p possibles seront occupées par un électron chacune par les deux électrons restants. Le carbone a désormais la structure électronique 1s²2s²14h².

En conclusion, le principe d'Aufbau, le principe d'exclusion de Pauli et la règle de Hund contrôlent tous la manière dont les orbitales atomiques se remplissent. Chaque élément a une configuration d’électrons différente en raison de ces règles, qui aident à déterminer l’ordre dans lequel les électrons occupent les orbitales disponibles.

Configuration électronique des 30 premiers éléments, par ordre de numéro atomique croissant :

Voici quelques-unes des raisons pour lesquelles la configuration électronique est essentielle :

1. Réactivité chimique

La réaction chimique d'un atome est déterminée par sa configuration électronique. La configuration électronique est ce qui provoque les réactions entre les éléments pour aboutir à des composés. La facilité avec laquelle un atome peut acquérir, perdre ou partager des électrons afin de former des liaisons chimiques avec d'autres atomes dépend du nombre et de la disposition des électrons dans le niveau d'énergie le plus externe, connu sous le nom de couche de valence. Par exemple, afin d’obtenir une configuration stable, les éléments avec un ou deux électrons dans leur couche la plus externe ont tendance à perdre ces électrons, tandis que les éléments avec cinq, six ou sept électrons dans leur couche la plus externe ont tendance à acquérir ces électrons. Cela aide à prédire les types de composés que divers éléments peuvent créer.

2. Propriétés de liaison

Les types de liaisons chimiques qui peuvent se développer entre les atomes sont également déterminés par leur configuration électronique. Les liaisons covalentes se forment généralement entre des atomes ayant des configurations électroniques comparables, tandis que les liaisons ioniques se forment généralement entre des atomes ayant des configurations différentes. L'intensité et la stabilité des liaisons chimiques créées sont également influencées par la configuration électronique. Par exemple, les quatre électrons de valence dans la configuration électronique de l'atome de carbone lui permettent de former des liaisons covalentes stables avec d'autres atomes de carbone, ce qui entraîne la création d'une grande variété de composés organiques.

3. Propriétés physiques

Les caractéristiques physiques d’un élément, telles que ses points de fusion et d’ébullition, sa densité et sa conductivité, sont également influencées par sa structure électronique. Le nombre d'électrons et la manière dont ils sont disposés dans la couche de valence déterminent la force des interactions des atomes, ce qui affecte le comportement physique d'un élément. Par exemple, parce que leurs électrons libres sont facilement capables de se déplacer et de conduire l’électricité, les métaux ont une conductivité électrique et thermique élevée.

4. Tendances périodiques

Le tableau périodique est organisé en tendances périodiques car il est fondé sur la structure électronique des atomes. Les modèles réguliers de variance dans les propriétés des éléments du tableau périodique sont appelés tendances périodiques. Les changements dans la configuration électronique des atomes et leur impact sur la taille, la réactivité et les caractéristiques de liaison des éléments peuvent être utilisés pour comprendre ces tendances.

En résumé, la connaissance de la configuration électronique d’un atome est nécessaire pour comprendre à la fois ses caractéristiques moléculaires et physiques. Il est essentiel pour prédire le comportement chimique d'un élément et sa capacité à se combiner avec d'autres éléments pour créer des composés. Comprendre la configuration électronique aide également à expliquer les modèles périodiques et les différences de propriétés élémentaires dans le tableau périodique.