Comment faire des diagrammes orbitaux

Contenu

• TL; DR (Trop long; n'a pas lu)
• Configurations électroniques
• Notation abrégée pour la configuration
• Diagrammes orbitaux
• Diagrammes de points

Les diagrammes orbitaux électroniques et les configurations écrites vous indiquent quelles orbitales sont remplies et lesquelles sont partiellement remplies pour un atome quelconque. Le nombre d'électrons de valence ayant une incidence sur leurs propriétés chimiques, et l'ordre et les propriétés spécifiques des orbitales sont importants en physique. C'est pourquoi de nombreux étudiants doivent se familiariser avec les bases. La bonne nouvelle est que les diagrammes orbitaux, les configurations électroniques (sous forme abrégée et complète) et les diagrammes à points pour les électrons sont très faciles à comprendre une fois que vous avez saisi quelques notions de base.

TL; DR (Trop long; n'a pas lu)

Les configurations électroniques ont le format: 1s² 2s² 2p⁶ . Le premier nombre est le nombre quantique principal (n) et la lettre représente la valeur de l (nombre quantique de moment angulaire; 1 = s, 2 = p, 3 = d et 4 = f) pour l'orbitale et le nombre en exposant indique vous combien d'électrons sont dans cette orbitale. Les diagrammes orbitaux utilisent le même format de base, mais au lieu des nombres pour les électrons, ils utilisent les flèches ↑ et ↓, en plus de donner à chaque orbite sa propre ligne, pour représenter également les tours des électrons.

Configurations électroniques

Les configurations électroniques sont exprimées par une notation qui ressemble à ceci: 1s² 2s² 2p¹. Apprenez les trois parties principales de cette notation pour comprendre son fonctionnement. Le premier nombre vous indique le «niveau d'énergie» ou le nombre quantique principal (n). La deuxième lettre vous indique la valeur de (l), le nombre quantique de moment angulaire. Pour l = 1, la lettre est s, pour l = 2 c'est p, pour l = 3 c'est d, pour l = 4 c'est f et pour les nombres plus élevés, elle augmente alphabétiquement à partir de ce point.Rappelez-vous que les orbitales s contiennent un maximum de deux électrons, les orbitales p un maximum de six, d un maximum de 10 et f un maximum de 14.

Le principe d’Aufbau vous indique que les orbitales de plus basse énergie se remplissent d’abord, mais que l’ordre spécifique n’est pas séquentiel et facile à mémoriser. Voir Ressources pour un diagramme montrant l'ordre de remplissage. Notez que le niveau n = 1 n'a que des orbitales s, que le niveau n = 2 n'a que des orbitales s et p et que le niveau n = 3 n'a que des orbitales s, p et d.

Ces règles sont faciles à utiliser, la notation de la configuration de scandium est donc la suivante:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹

Ce qui montre que les niveaux n = 1 et n = 2 entiers sont pleins, le niveau n = 4 a été démarré, mais la couche 3D ne contient qu'un électron, alors que son occupation maximale est de 10. Cet électron est l'électron de valence.

Identifiez un élément de la notation en comptant simplement les électrons et en recherchant l'élément avec un numéro atomique correspondant.

Notation abrégée pour la configuration

Il est fastidieux d'écrire chaque orbitale pour rechercher des éléments plus lourds, c'est pourquoi les physiciens utilisent souvent une notation abrégée. Cela fonctionne en utilisant les gaz rares (dans la colonne la plus à droite du tableau périodique) comme point de départ et en y ajoutant les orbitales finales. Donc, le scandium a la même configuration que l'argon, sauf avec des électrons dans deux orbitales supplémentaires. La forme abrégée est donc:

4s² 3d¹

Parce que la configuration de l'argon est:

= 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

Vous pouvez l'utiliser avec tous les éléments autres que l'hydrogène et l'hélium.

Diagrammes orbitaux

Les diagrammes orbitaux ressemblent à la notation de configuration qui vient d’être introduite, à l’exception des spins d’électrons indiqués. Utilisez le principe d’exclusion de Pauli et la règle de Hund pour déterminer comment remplir les coquilles. Le principe d'exclusion stipule que deux électrons ne peuvent pas partager les mêmes quatre nombres quantiques, ce qui entraîne essentiellement des paires d'états contenant des électrons avec des spins opposés. La règle de Hund stipule que la configuration la plus stable est celle avec le plus grand nombre possible de spins parallèles. Cela signifie que lorsque vous écrivez des diagrammes orbitaux pour des coques partiellement pleines, remplissez tous les électrons à spin ascendant avant d'ajouter des électrons à spin descendant.

Cet exemple montre comment fonctionnent les diagrammes orbitaux, en utilisant l'argon comme exemple:

3p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑

3s ↑ ↓

2p ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

2s ↑ ↓

1s ↑ ↓

Les électrons sont représentés par les flèches, qui indiquent également leurs tours, et la notation à gauche est la notation de configuration électronique standard. Notez que les orbitales de haute énergie se trouvent en haut du diagramme. Pour une coquille partiellement pleine, la règle de Hund exige qu’ils soient remplis de cette manière (en utilisant de l’azote comme exemple).

2p ↑ ↑ ↑

2s ↑ ↓

1s ↑ ↓

Diagrammes de points

Les diagrammes à points sont très différents des diagrammes orbitaux, mais ils sont toujours très faciles à comprendre. Ils sont constitués du symbole de l'élément au centre, entouré de points indiquant le nombre d'électrons de valence. Par exemple, le carbone a quatre électrons de valence et le symbole C, il est donc représenté par:

∙

∙ C ∙

∙

Et l'oxygène (O) en a six, il est donc représenté par:

∙

O ∙

∙∙

Lorsque des électrons sont partagés entre deux atomes (dans une liaison covalente), les atomes partagent le point dans le diagramme de la même manière. Cela rend l'approche très utile pour comprendre la liaison chimique.