Configuration électronique

[invite4d911738]

Bonjour chers chimistes,

Je me pose une question qui ne va pas de ma vie, mais qui cependant me chiffonne car j'ai appris, depuis le début de mon cursus universitaire, que le nuage électronique des atome est décrit par des niveaux énergétique (K), (L), (M), ... correspondant respectivement au nombre quantique n = 1, 2, 3, ... et que ces niveaux sont composés de sous-couches électroniques s, p, d, ... correspondant respectivement au nombre quantique l = 0, 1, 2, ... constitués eux-mêmes de cases quantiques dont le nombre et déterminé grâce au nombre quantique m = 0, -1 , +1, -2, +2 ...

En bref :
- couche (K) soit n = 1 : 1 niveau à 2 életrons : 1s2 ;
- couche (L) soit n = 2 : 2 niveaux à 2 et 6 életrons : 2s2 2p6 ;
- couche (M) soit n = 3 : 3 niveaux à 2, 6 et 10 életrons : 1=3s2 3p6 3d10.
...

J'ai récemment vu en spectrométrie de fluorescence X que le niveau (L) comportait 3 niveaux de 2, 2 et 4 électrons !
Cela fait bien 8 électrons (comme 2s2 2p6) mais répartis en un niveau de plus ! Le prof a évoqué le nom de ces sous-couches : P1/2, P3/2... mais j'aimerai savoir selon quelle théorie existent ces sous-couches électroniques car selon lui c'était élémentaire ?

Sauriez-vous m'orienter sur le bon chapitre de chimie ? Est-ce la théorie des champ cristallins et connaissez-vous des livres qui l'expliquent son usage ?

Je vous remercie par avance de m'éclairer.

Merlin
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[curieuxdenature]

Bonjour MerlinM

tu trouveras de quoi méditer en suivant les liens sur la chimie quantique.
C'est basique et élementaire en effet, mais pas forcément simple à appréhender. La base consiste à savoir que les électrons ont deux états de spin (+/- 1/2) et qu'ils ne peuvent se partager le même espace(en tant que fermions). De fait étant indifferenciés ils ont la même énergie quand placés dans les mêmes conditions et auront tendance à s'appairer pour "ressembler" aux particules qui ont le droit d'occuper le même espace(en tant que bosons).

Ainsi une "couche" simple aura 2 locataires (1*2).
Une couche plus complexe aura un nombre impair de couples, ce qui donnera 3*2 pour la suivante, 5*2 pour la 3eme, etc..
D'où les "sous-couches" 's', 'p', 'd', etc.. avec 2, 6, 10 électrons, etc..

plus simple : http://fr.wikipedia.org/wiki/Princip...usion_de_Pauli

moins simple : http://www.dotapea.com/chap04orbitales.htm

a savoir : http://chimie.net.free.fr/config_electronique.htm

plus compliqué : http://www.sciences.ch/htmlfr/chimie...uantique01.php

[invite4d911738]

Bonjour curieuxdelanature et merci pour ce panel de lien très intéressants ! Cela me devance pour ce qui est de la physique quantique car je suis en chimie analytique (mais peu importe, j'ai envie de m'y pencher !),

Je me permet de poster un nouveau courier, car à ma demande, mon professeur de fluorescence X a fait un rappel sur les orbitales qui me semble résumer la situation (au cas où d'autres chimistes, ou curieux s'y intéressent) :


Rappels sur les orbitales atomiques

Chaque électron lié dans un atome possède une fonction d’onde définissant sa probabilité de présence en lieu autour du noyau de l’atome considéré. Pour décrire cette fonction, on introduit les nombres quantiques, qui identifient un électron :
- le nombre quantique principal n, approchant la valeur de l’énergie de liaison de cet électron ( E(e-) = f (n) grossièrement) ;
- le nombre quantique secondaire l E [ - (n - 1) ; + (n - 1)] C N (l’ensemble des entiers relatifs inférieurs strictement à n), donnant le moment orbital (= f (r, v(e-)) ;
- le nombre quantique de spin s = {+/- 1/2 }, ou moment magnétique cinétique, indiquant la rotation de l’électron sur lui-même.
Depuis ces définitions, s’ajoute :
- le nombre quantique interne J = l + s.
Et ceci nous indique le nombre d’électron admissible par niveau N 2 J + 1.

[invitedaf7b98f]

Bonjour,
Que désigne la théorie du champ cristallin?

[A voir en vidéo sur Futura]

[curieuxdenature]

Bonjour merlinM

si ton prof veut parler de ces niveaux là : (ground level)

http://physics.nist.gov/PhysRefData/...gy/tblNew.html

c'est bien plus que de la notion basique sur la chimie quantique.
Pour maitriser cela il va falloir aborder les méthodes de constructions des termes electroniques de l'atome quand il est sollicité par des exitations discrètes.
Avec l'atome d'hydrogène c'est le b a BA mais avec les autres ça devient vraiment corsé, ce sont les spectres d'émissions de chaque élements qui le disent.

Dans le tableau de Nist précédent on voit apparaitre des 1/2; 3/2; 5/2; 7/2 etc.. ce sont des atomes à électrons impairs et le 'ground level' en question est un terme qui renseigne sur le niveau fondamental de la dernière couche électronique de l'atome.

Pour le Carbone par exemple, ³p donne le ton sur le nombre de termes spectroscopiques immédiatement supérieurs au niveau fondamental, on aura
³p₀ : 1 état
³p₁ : 3 états
³p₂ : 5 états
soit 9 états d'énergies resserrées.

Au dessus on trouvera le terme ¹D, avec son état ¹D₂ à 5 niveaux d'énergies.

Et au sommet, le terme ¹S, d'état nommé ¹S₀ à 1 niveau d'énergie.

Ce qui donne en tout les 15 µÉtats que peuvent prendre les 2 électrons de la sous-couche '2p' du Carbone :
distribution statistique de 2 boules tirées parmis 6. (2 électrons de spins +/- 1/2 distribués dans 3 cases->+1; 0; -1

C'est à dire toutes les combinaisons de spins(H et B) et de positions suivantes:

1.0.-1

H.H...
H.B...
B.H...
B.B...
HB....
..H.H.
..H.B.
..B.H.
..B.B.
..HB..
H...H.
H...B.
B...H.
B...B.
....HB

Le premier donnant l'état fondamental de la sous-couche '2p' soit 2 électrons célibataires de spin paralléles H et H (+1/2 et +1/2).
Les autres sont moins probables parce moins stables et donc de niveaux d'énergies moins profonds.
(Légende:
H. = +1/2
B. = -1/2
HB = +1/2-1/2
.. = case vide)

Il faut chercher les sites qui parlent de "termes spectroscopiques"

[invite4d911738]

Merci curieuxdelanature pour tous ce développement.

À propos de la théorie des champs cristallins, je pourrais dire qu'elle détermine la position spatiale des atomes d'un complexe métallique en considérant les liaisons de coordination comme des interactions électrostatiques. Un champ cristallin (carré, tétraédrique, octaédrique...) correspond à une dégénérescence des niveaux électroniques qui se divisent : certaines orbitales atteignent une énergie inférieure (3 orbitales tg dans le cas du champs cristallin octaédrique), les autres une énergie supérieure (2 niveaux eg), avec des conditions précises sur ces énergies.

À noter que l'on trouve aussi l'appellation Champs de coordinats qui tient compte du degré de covalence existant dans la cohésion des complexes. Les paramètres correctifs PARAM et RACAH de ce pans de théorie expriment répulsion inter-électronique.

En remarque, j'ajouterai que l'absorption de photon correspondant à la transition d'un électron d'un niveau dégénéré à l'autre ôte des longueur d'ondes à la lumière incidente, et confère une couleur au complexe.

Ceci dit Bolltt, j'espère t'avoir aidé mais ce n'est qu'une piste car je sais peu de chose ...