struCture éleCtronique des atomes
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Le nombre entier n qui détermine le niveau d'énergie de l'électron d'un
atome d'hydrogène est désigné un nombre quantique. Cependant, pour les
autres atomes, la résolution de l'équation de Schrödinger montre que trois
autres nombres quantiques sont nécessaires pour décrire les électrons.
5.4
nombResquantiquesetoRbitales
atomiques
Les fonctions d'onde ou orbitales représentent les solutions à l'équation
de Schrödinger et sont caractérisées par un ensemble de nombres, désignés
nombres quantiques
. Un seul nombre quantique suffit pour préciser le
niveau d'énergie de l'électron de l'hydrogène ; par contre, il en faut nécessai-
rement quatre pour caractériser les fonctions d'onde de cet atome et de tout
atome polyélectronique : le nombre quantique principal, n, le nombre quantique
secondaire, l, le nombre quantique magnétique, m
l
, et le nombre quantique
de spin, m
s
. C'est à partir de ces nombres que l'on peut déterminer l'état quan-
tique d'un électron.
5.4.1 nombRequantiquepRincipal,n
Le
nombre quantique principal
désigne le niveau d'énergie de l'électron
par rapport au noyau. Il équivaut sensiblement aux valeurs de n du modèle
de Bohr. Ce nombre définit la dimension de l'orbitale et l'énergie qui lui est
associée. Ainsi, plus n est petit, plus l'énergie est basse et plus l'orbitale a une
petite taille. En conséquence, plus la valeur de n est élevée, plus l'électron est
loin du noyau.
Le nombre quantique n peut prendre toutes les valeurs de nombres entiers
positifs, soit de 1 jusqu'à l'infini ; dans ce dernier cas, l'électron n'appartient
plus à un noyau.
n
= 1, 2, 3, 4, ...,
Lorsque n vaut 1, l'électron occupe le niveau d'énergie le plus bas. Il s'agit
là de l'expression de l'état fondamental de l'atome d'hydrogène.
5.4.2 nombRequantiquesecondaiRe,l
Le
nombre quantique secondaire
(ou azimutal) détermine la forme
de l'or-
bitale (ou du nuage électronique) et délimite son contour. Ce nombre quantique,
aussi appelé nombre quantique de moment angulaire, découle de la résolution
de l'équation de Schrödinger. Il spécifie en effet des sous-couches aux couches
correspondant aux nombres quantiques principaux. Il rend compte des résul-
tats expérimentaux, tirés de l'étude des spectres, qui montrent le fractionne-
ment du niveau d'énergie principal, à l'exception du premier niveau (n
= 1).
nombres quantiques :
nombres
qui décrivent les propriétés des
orbitales des atomes.
nombre quantique principal
(n) :
nombre quantique qui défi
nit le niveau d'énergie et la taille
d'une orbitale ; il prend toutes
les valeurs positives de nombres
entiers.
nombre quantique secondaire
(l) :
nombre quantique qui dé
finit la forme d'une orbitale ; il
prend toutes les valeurs positives
de nombres entiers, de 0 à n
- 1.
Figure 5.12
Représentation d'une orbitale de l'hydrogène d'après le modèle de la
théorie quantique (a) et sa représentation simplifiée correspondant au volume qu'elle
englobe (b).
a)
b)
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