struCture éleCtronique des atomes
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priNciped'exclusioNdepauli
Le principe d'exclusion de Pauli est directement lié à la découverte du qua
trième nombre quantique, le spin, et au postulat selon lequel chaque électron
d'un atome polyélectronique possède un état quantique qui lui est propre :
aucun électron du même atome ne peut posséder les mêmes valeurs de n, l,
m
l
et m
s
. Par conséquent, selon ce principe,
pas plus de deux électrons ne
peuvent occuper la même case quantique et ils sont nécessairement de
spins différents (
+1/2 et -1/2) ; ces
spins
sont dits
appariés
. C'est pourquoi,
les deux électrons de l'atome d'hélium (Z
= 2) occupent la même orbitale 1s avec
des spins de sens contraires ; chaque électron possède ainsi un état quantique
unique.
1s
He(2)
n
= 1, l = 0, m
l
= 0, m
s
= +1/2
n
= 1, l = 0, m
l
= 0, m
s
= -1/2
C'est aussi en raison des deux premiers principes que les trois électrons
du lithium (Z
= 3) vont d'abord remplir l'orbitale 1s, puis occuper à demi l'orbi
tale 2s. L'électron occupant cette dernière est dit non apparié.
Li(3)
2 s
1 s
règledeHuNd
La règle énoncée par
Friedrich Hund
stipule que
les électrons occupent
successivement, avec des
spins parallèles
, des orbitales d'énergie
équivalente, c'estàdire qui ne diffèrent que par leur orientation. Des spins
de même sens sont parallèles. Les trois orbitales 2p, puisqu'elles ne diffèrent
que par l'orientation de leurs axes, x, y et z, sont énergétiquement équivalentes.
En conséquence, lorsque deux électrons occupent ces orbitales, ils se placent
dans deux des orbitales 2p, avec leurs spins parallèles, plutôt que dans la
même orbitale, avec des spins opposés.
2 p
2 p
et non
Une telle représentation correspond à l'état fondamental, car les électrons
ne sont pas confinés dans le même espace et exercent ainsi moins de répulsion
l'un sur l'autre. C'est en raison de l'ensemble de ces principes et règle que le
remplissage des cases quantiques de l'azote (Z
= 7) est présenté de la façon
suivante :
1 s
2 s
2 p
N(7)
5.5.4 coNfiguratioNélectroNique
Pour décrire la répartition des électrons dans les orbitales, il existe une
notation simplifiée, désignée
configuration électronique
. Cette notation
consiste à utiliser le symbole des orbitales et à l'affecter d'un exposant qui
indique le nombre d'électrons occupant l'orbitale. Ainsi, les configurations
électroniques de l'hydrogène (Z
= 1) et de l'hélium (Z = 2) sont respectivement
1s
1
et 1s
2
(tableau 5.4).
Selon le principe du aufbau, l'orbitale 2s sera ensuite occupée, de sorte que
la configuration électronique du lithium (Z
= 3) est 1s
2
2s
1
.
La répartition des électrons ayant des spins parallèles dans des orbitales
équivalentes (règle de Hund) est indiquée par les expressions p
x
, p
y
et p
z
qui
Spins appariés :
spinsélectro
niquesdesensopposés.
Configuration électronique :
expressionsimplifiéereprésen
tantladistributiondesélectrons
danslesorbitalesatomiques,
fondéesurl'emploidechiffres
(nombrequantiqueprincipal)et
delettres(nombrequantique
secondaire)pourdésignerles
orbitales;lesvaleursdesexpo
santsàladroitedusymbolede
l'orbitaleexprimentlenombre
d'électronsquil'occupent.
Spins parallèles :
spinsélectroni
quesdemêmesens.
CONNAISSEZ-VOUS...?
fRieDRiCh huND
(18961997)
Physicienallemand.Ilacontri
buéaudéveloppementdela
notiond'orbitalemoléculaire.
109-Chap.05_04.indd 27
24/03/09 15:17:48