Comment visualiser l'orbitale électronique ?

[invite5dbdd728]

Bonjour !

Il y a quelques jours, je pensais que la configuration électronique est telle que l'atome est au centre, et les électrons sont placé par "couches" électronique, et donc que les électrons ont une trajectoire circulaire autour du noyau. Et c'est là que j'ouvre mon syllabus de Chimie Générale et que je découvre qu'en réalité les électrons sont placé par couche/sous-couche/orbitale. J'ai bien relu la partie théorique mais je n'arrive toujours pas à visualiser tout ça !
Je peux comprendre que les orbitales ne sont que des "zones" dans lesquelles les électrons POURRAIENT s'y trouver, mais lorsqu'on superpose toutes ces zones on remarque qu'elles sont toutes très proche du noyau, et donc le concept de couche électronique n'a plus de sens, non ? Ce que je veux dire par là c'est qu'avant j'imaginais la structure des électrons comme des couches (K,L,M,N,..) qui s'éloignent de plus en plus du noyau. Or, là nous avons toute les orbitale concentré au centre, très proche du noyau ...
La seule explication possible serait que l'échelle des images que j'ai trouvé est fausse ? Donc que l'orbitale 1s est très proche du noyau, mais l'orbitale 3s ou 4p est très éloigné du noyau (à l'échelle microscopique) ? Si c'est juste, cela voudrait dire que le concept de couche électronique est bel et bien "visible" et donc que l'extrémité de l'orbitale 4s par exemple est très éloigné de l'extrémité de l'orbitale 2s ?

Ca fait beaucoup je le reconnais mais j'ai vraiment besoin d'une réponse à chacune de mes question s'il vous plait
Je vous ai même fait un petit dessin pour illustrer mes propos ! (On voit que l'orbitale rouge est limité à la couche K, l'orbitale bleu à L, et l'orbitale jaune à M)

Voilà voilà, merci !
Welss05,
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[invite6dffde4c]

Bonjour.
Certains termes en physique (et ailleurs) son conservés pour de raisons historiques même s’il peuvent être déroutants ou incorrects. C’est le cas « d’orbite », « orbital », « spin », « couche électronique », etc., dans la physique atomique.
Votre dessin n’est pas bon. La raison est que les orbitales, ça se passe en 3D et non en 2D. De plus, les orbitales décrivent une densité de probabilité de trouver un électron quelque part. Et cette probabilité ne passe pas de quelque chose à zéro brusquement. Elle n’a pas une frontière ou un bord net. Mais la probabilité s’estompe vers zéro en s’éloignant de zones où elle est élevée.
Par exemple, on montre une orbitale s comme une sphère. Un dessin plus approprié est celui de cette image de Wikipedia qui montre quelques orbitales en 2D:
http://en.wikipedia.org/wiki/File:HAtomOrbitals.png
Vous trouverez d’autres images en cherchant « orbitals » dans Google.
Mais presque toutes ces images sont faites avec des bords nets, car il serait très difficile de visualiser une forme tarabiscotée avec des bords flous. Il faut savoir ce qu’elles représentent.

Et oui, les orbitales occupent le même espace et ne sont pas des couches. Mais ceci est permis par le principe d’exclusion de Pauli qui n’exclut que des électrons de même énergie et nombres quantiques.
Au revoir.

[curieuxdenature]

Bonjour Welss05

ce schéma ne représente pas les orbitales K L et M, pour ça il faudrait représenter aussi les 'sous-couches' associées.
K correspond à 1s qui est sphérique
L correspond à 2s et 3 orbitales 2p
M correspond à 3s, 3 orbitales 3p et 5 orbitales 3d

Si on veut se limiter à 1s 2s et 3s, une vue en coupe donnera ceci :



En jaune la couche 1s noyau au centre, la plus grande probabilité de trouver l'électron est celle du sommet à r = ao rayon de la sphère, toutes les autres positions ont une probabilité moindre d'être occupées.
En vert la couche 2s à deux bosses.
En rouge la couche 3s, où la surface grisée indique que toute la zone represente 100% de la probabilité d'y trouver l'électron.

Pour les autres sous-couches, le principe est le même mais en plus complexe, mais on a bien une notion de distance moyenne precise pour un rayon distant du noyau bien précis et bien que la mécanique classique ne s'applique pas, ce sont ces distances qui servent à distinguer chacune de ces orbitales.
Par exemple pour la 3s ( de l'hydrogène) le rayon de référence est situé à ~ 13 fois le rayon de Bohr alors qu'on peut encore trouver cet électron à 25 ao, mais aussi avec une probabilité non nulle de le trouver presque dans le noyau.

Mais bon, il me semble que ces notions ne sont pas étudiées dans le détail avant la deuxième année de license.

[invite5dbdd728]

Clair et précis ! Merci @LPFR @curieuxdenature,

Donc si j'ai bien compris, lorsqu'on parle de couche électronique, on peut dire que les orbitales 1s et 2s sont plus proche du noyau que les orbitales 4p et 5p sans pour autant que leurs orbitales ont une limite "précise" ?
En d'autre mot, si on simplifie (sans être rigoureux) les orbitales 1s, 2s, et 3s en une simple sphère, on pourrait dire que le rayon de la 1s est plus petit que le rayon de la 2s qui est plus petit que le rayon de la 3s ?

Dans mon cours on parle souvent de couche électronique plus éloigné qu'une autre couche électronique, et sachant qu'on associe certaines orbitales à une couche électronique, forcément les orbitales de différente couche seront plus éloigné les unes des autres, et celle de a même couche éléctronique seront situé à "plus ou moins" égale distance (si on simplifie leurs orbitales "s" en une sphère) enfin, c'est comme ça que je vois la chose

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6dffde4c]

Re.
Vous pouvez simplifier le 1s en une simple sphère floue. Plus « concentré » près du noyau.
Mais regardez l’image dont je vous ai donné le lien :
Le 2s n’est plus une simple sphère. C’es une simple sphère près du noyau, entourée par une zone nulle suivie par une zone floue non nulle.
Pour le 3s, ce sont trois zones séparées par deux zones nulles.
La symétrie dans tous les cas ‘s’ est bien sphérique (d’où le ‘s’), mais la dépendance avec la distance n’est pas monotone. Comme le montre très bien le dessin de curieuxdenature dans le post #3

Je trouve que le terme « couche » est inadapté à la forme des orbitales.
Il vaudrait mieux ne pas l’utiliser. Ne serait-ce que pour ne pas créer des confusions.
A+

[invite5dbdd728]

Donc le fait d'avoir des couches électronique plus ou moins éloigné du noyau n'est physiquement pas correct ? Avoir des sortes de cercles autour du noyau n'est pas réelle ?
On devrait donc visualisé tout ça en terme "d'orbitale" et lorsque, par exemple, on parle d’électron qui saute dans une couche (ou niveau d’énergie) supérieur, en réalité il changera juste d'orbitale, c'est bien ça ?

[invite6dffde4c]

Re.
Oui. C’est bien ça. Mais en changeant d’orbitale, “sa distribution” autour du noyau changera.

Et non, les cerces autour du noyau, sont une représentation plus énergétique que géométrique.
(En réalité, c’est une tare que nous traînons depuis le modèle d’atome de Bohr).
A+

[invite5dbdd728]

Parfait, c'est clair pour moi. Merci beaucoup !
Bonne journée !