structure électronique

[sylvainix]

bonjour à tous,
j'ai un petit problème au sujet de la répartition des électrons ur chaque couche.
En effet, notre prof (2dn) nous a dit que la couche K contient 2 électrons max, la couche L contient 8 e- max, et la couche M 8 e- max.
Et en lisant dans un autre livre de physique de seconde, j'ai appris l'existence de la loi de Pauli, qui dit que la formule pour répartir les électrons par couche est 2n² avec n numéro de la couche, ce qui ne fonctionne pas avec M,
M=3
3²=9
2*9=18

alors que croire ?

[deep_turtle]

Effectivement le nombre de niveaux ayant le nombre quantique n vaut 2n², et les niveaux notés M en spectroscopie (n=3) sont bien au nombre de 18 (2 avec l=0, 6 avec l=1 et 10 avec l=2, ces nombres ce sont 2l+1)... Ton prof s'est trompé, ça arrive.

[sylvainix]

lol, ca c'est sur que ca arrive, mais ce qui me chiffone, c'est que le livre dit comme lui, même si celui de ma soeur dit comme vous.
Mais dans ce cas, si la couche M est saturée avec 18 électrons, le Néon (Z=18), qui est sensé être un gaz noble et donc avoir sa couche externe saturée, a une structure électronique (K)2 (L)8 (M)8 et n'est donc pas saturé !
Ou est l'erreur ?

[sylvainix]

Pardon, pas le néon mais l'argon ...

[Konrad]

Ah, LE problème des couches électroniques abordée "à la chimiste" !

Si tu continues la voie de la physique tu apprendras que ce problème est bien plus complexe qu'un simple problème de couche en 2n² puisqu'il faut prendre en compte l'existence de "sous-couches" ; bref au bout d'un moment dans la compréhension il est nécessaire d'en venir à la physique quantique. Les sous-couches s'écrivent comme suit :

sous-couche s => peut contenir 2 électrons
sous-couche p => 6 e-
sous-couche d => 10 e-
sous-couche f => 14 e-
etc.

On écrit le nom complet de la sous-couche en écrivant le chiffre n de la couche, suivie de la lettre de la sous-couche. Quelques exemples :

- la couche n=1 est composée simplement d'une sous-couche s, et peut donc contenir 2 e- ; c'est la sous-couche 1s.

- la sous-couche n=2 est composé d'une sous-couche s et d'une sous-couche p, ce qui fait 2+6 = 8 électrons ; l'écriture complète de cette couche est 2s 2p

- la sous-couche n=3 comporte une couche s, une p et une d, donc 2+6+10 = 18 électrons au maximum ; on écrit 3s 3p 3d

- etc. en commençant à chaque fois par une couche s, puis p, d, f... et en additionnant le nombre d'électrons de chaque sous-couche on retrouve la loi en 2n² des couches.

Ensuite, il faut mentionner les règles pour remplir ces sous-couches, car elles ne se remplissent pas dans l'ordre que l'on vient d'écrire ; l'ordre de remplissage est le suivant (règle de Kleschkovsky, je ne suis pas sûr de l'orthographe du nom de ce monsieur, et il y a des exceptions que je ne mentionnerai pas ici) :

1s -> 2s -> 2p -> 3s -> 3p -> 4s -> 3d -> 4p -> 5s -> 4d -> .....

Pour écrire le nombre d'électrons dans une sous-couche, on écrit le nom de la sous-couche et on met en exposant le nombre d'électrons :

- Hydrogène : 1 électron dans la première couche, on écrit 1s¹

- Helium : 2 électrons dans la sous-couche, on écrit 1s² ; cette sous-couche est pleine => c'est un gaz rare

- Lithium : 2 électrons dans la première couche, 1 e- dans la deuxième : 1s² 2s¹

- Berylium : 1s² 2s²

- Bore : 1s² 2s² 2p¹

- etc. jusqu'au Néon : 1s² 2s² 2p⁶, la dernière sous-couche p est remplie (6 électrons)

- 4e colonne : Sodium Na 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

- etc. jusqu'à l'Argon : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

et là stop ! puisque c'est l'Argon qui te posait problème... Si on regarde l'ordre dans lequel les sous-couches se remplissent, que voit-on ? Quelle sous-couche faudrait-il remplir après la 3p ? Réponse : ce n'est pas la 3d, mais la 4s, ce qui fait passer dans la ligne d'en-dessous. Conclusion : la troisième ligne du tableau périodique se termine bien avec une couche incomplète ; en revanche les deux sous-couches 3s et 3p sont complètes. La 3d ne commencera à se remplir que plus tard, dans la 4e ligne, avec le scandium :

Sc : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹


Voilà, c'est peut-être un peu long mais l'explication est là ; j'espère avoir fait assez simple, c'est du programme post-bac tout ça quand même.

[sylvainix]

C'est impressionant de voir a quel point ce qu'on apprend avant le bac est vraiment superficiel ...
Merci pour toutes ces explications

[deep_turtle]

Merci Konrad d'avoir pris le temps d'exposer ça en détail. Je me rends compte que j'étais à côté de la plaque au niveau du vocabulaire, et j'ai l'impression de l'être toujours... J'ai sous les yeux un bouquin qui dit que les notations K, L, M se réfèrent au nombre quantique n, et en fait c'est faux, non ? Les nombres indiqués par sylvainix (2, 8 et 8) semblent se référer au nombre d'éléments dans les lignes successives du tableau périodique... Les notations K, L, M se réfèrent donc à des couches "remplies" dans l'ordre naturel, i.e. selon les règles que tu as rappelées ?

[daudiff]

programme Chimie à l'UTC et non pas Physique....

[deep_turtle]

Heu... Il y a un sens cryptique à ce dernier message ou c'est moi qui n'ai pas tout suivi ? Je ne comprends ni le sens, ni les destinataires, ni même le sigle UTC dans ton message daudiff, tu peux préciser ??

[Konrad]

En fait les notations K, L, M, N etc. sont utilisées pour les différentes lignes (ou périodes) du tableau périodique ; donc ça se réfère plus ou moins au nombre quantique principal n, mais cela ne signifie pas que toutes les sous-couches portant ce nombre sont remplies. Ainsi l'Argon (Ar) cité plus haut n'a que des couches n=3 au maximum, il fait donc partie de la troisième ligne ("couche M") ; cependant sa couche n=3 n'est pas remplie puisque la sous-couche 3d n'est même pas entamée. L'élément suivant, le potassium (K) commence à remplir la sous-couche 4s, donc n=4 ce qui est appelé chez les chimistes "sous-couche N".

Il est vrai que les notations sont vite déroutantes, car ce sont les chimistes (Mendeleïev, Lewis etc.) qui ont donné les premiers les principes de la liaison chimique, avant que la physique quantique ne vienne mettre son nez là-dedans. Car si les sous-couches ne se remplissent pas l'ordre "logique" des n croissants, mais d'une façon un peu bizarre (cf règle de Kleschkovsky), c'est parce que l'énergie des sous-couches est répartie comme cela, c'est bien un problème de quantification de l'énergie des sous-couches.

[daudiff]

Citation:

Posté par deep_turtle

Heu... Il y a un sens cryptique à ce dernier message ou c'est moi qui n'ai pas tout suivi ? Je ne comprends ni le sens, ni les destinataires, ni même le sigle UTC dans ton message daudiff, tu peux préciser ??

pardon excusez moi ...

je disais que ceci n'est pas du programme de Physique à l 'UTC mais bel et bien de Chimie...

Est-ce normal ?

[deep_turtle]

Heu... c'est quoi l'UTC (j'ai pas la télé, ça explique sans doute que je ne connaisse pas tous les sigles mondialement connus...) ?

[daudiff]

Une école d'ingénieur relativement bien classé pour l'informatique et la mécanique

http://www.utc.fr/evenements/news/classementUTC.html

[daudiff]

UNIVERSITE DE TECHNOLOGIE DE COMPIEGNE crée en 1972 par Pompidou

[Konrad]

Mmmm, de toute façon à ce niveau là on est à la limite physique/chimie, ce sont des notions importantes dans les deux domaines. La chimie en a besoin pour expliquer les liaisons, leurs énergies, leurs hybridations (sp, sp2, sp3, jusqu'à des beaucoup plus complexes), et j'ai adopté le point de vue d'un chimiste en expliquant tout ceci.

Quelle différence en physique ? On remplace le terme "sous-couche" par "orbitale", dont on calcule les équations, et les règles données en chimie comme des "principes de remplissage" sont en fait des conséquences de la quantification des énergies. Ensuite, on peut tout aussi bien calculer les énergies de liaison de molécules ou de solides... La frontière entre la physique et la chimie est très subtile à ce niveau là.

[BioBen]

Merci Konrad de m'avoir récapituler tout mon cours de Chimie de début de 1ère année de Licence, ca m'a permit de faire une ptite révision
a+
ben

[younes guessous]

Salut,

Citation:

En effet, notre prof (2dn) nous a dit que la couche K contient 2 électrons max, la couche L contient 8 e- max, et la couche M 8 e- max.
Et en lisant dans un autre livre de physique de seconde, j'ai appris l'existence de la loi de Pauli, qui dit que la formule pour répartir les électrons par couche est 2n² avec n numéro de la couche, ce qui ne fonctionne pas avec M,
M=3
3²=9
2*9=18

Moi c'est le contraire, notre prof de physique avait affirmé que la couche M pouvait contenir jusqu'à 18 e- . Mais on ne le crut pas, parceque sur notre livre il y avait 8 e-
ça me rassure que la réponse soit juste, ça montre que notre prof est compétent.
Merci Konrad pour l'explication. (je sais, 2 ans après c'est un peu tard...)
A+

[paulatreides080269]

2,8,8 électrons , c'est le nombre d'électrons de la couche externe des 3 premiers gaz rares (ou noble) .
On se sert de cette observation pour établir la règle du duet et de l'octet.
Tout atome de la classification périodique (autre que les gaz rares) gagne en stabilité en évoluant vers la structure électronique du gaz rare le plus proches.
Il peut "évoluer" vers cette structure électronique soit en donnant un ion soit en s'associant avec d'autres atomes pour donner une molécule.