struCture éleCtronique des atomes
157
aNomaliesduremplissagedesorbitales det f
Après le remplissage des orbitales 3p, viennent les niveaux 4s, 3d puis 4p
(voir la figure 5.16 b) à la page 153). Le remplissage successif des cinq orbi
tales d correspond aux 10 éléments de transition de chaque période. Avec ces
éléments, certaines anomalies commencent à apparaître en ce qui concerne le
remplissage des orbitales ( figure 5.19). Ainsi, la configuration électronique du
chrome (Z
= 24) est [Ar]4s
1
3d
5
plutôt que [Ar]4s
2
3d
4
. De même, celle du cuivre
(Z
= 29) est [Ar]4s
1
3d
10
plutôt que [Ar]4s
2
3d
9
.
4 s
1
3 d
5
4 s
2
3 d
4
Cr(24) : [Ar]
et non
4 s
1
3 d
10
4 s
2
3 d
9
Cu(29) : [Ar]
et non
Ces irrégularités au sein des couches d augmentent, tout en étant im
prévisibles, en accédant au niveau 4d. Par contre, on n'en trouve de nouveau
que deux pour les orbitales 5d. On constate ainsi que les métaux de transi
tion d'une même colonne n'ont pas tous la même configuration électronique,
contrairement aux éléments dont la configuration se termine par s
1
, s
2
et p
1
à p
6
. Ces anomalies sont liées en partie au fait que les écarts énergétiques
entre les orbitales s'amenuisent à mesure que n, le nombre quantique princi
pal, augmente ; cependant, les scientifiques ne s'entendent pas encore sur une
explication complète de ce phénomène.
L'ordre de remplissage suit ensuite celui indiqué à la figure 5.16 b) jusqu'au
niveau 6s. Lorsque cette orbitale est remplie, les sept orbitales 4f des lantha
nides (14 éléments) commencent à être occupées. Le cérium (Z
= 58), premier
élément de cette série, le gadolinium (Z
= 64) et le lutétium (Z = 71) présentent
aussi des irrégularités, l'orbitale 5d étant parfois occupée avant l'orbitale 4f
( figure 5.20). Beaucoup plus d'anomalies surviennent avec le remplissage des
orbitales 5f des actinides dont le thorium (Z
= 90) est le premier élément.
ExErcicE 5.16
Écrivez la configuration électronique complète des éléments suivants dans leur
état fondamental et représentez les électrons dans les cases quantiques.
a) Se (Z
= 34)
b) Sr (Z
= 38)
c) Cd (Z
= 48)
Sc
21
4s
2
3d
1
Ti
22
4s
2
3d
2
V
23
4s
2
3d
3
Cr
24
4s
1
3d
5
4s
2
3d
5
Fe
26
4s
2
3d
6
Co
27
4s
2
3d
7
Ni
28
4s
2
3d
8
Cu
29
4s
1
3d
10
Zn
30
4s
2
3d
10
Mn
25
Y
39
5s
2
4d
1
Zr
40
5s
2
4d
2
Nb
41
5s
1
4d
4
Mo
42
5s
1
4d
5
5s
2
4d
5
Ru
44
5s
1
4d
7
Rh
45
5s
1
4d
8
Pd
46
4d
10
Ag
47
5s
1
4d
10
Cd
48
5s
2
4d
10
Tc
43
La
57
6s
2
5d
1
Hf
72
6s
2
5d
2
Ta
73
6s
2
5d
3
W
74
6s
2
5d
4
6s
2
5d
5
Os
76
6s
2
5d
6
Ir
77
6s
2
5d
7
Pt
78
6s
1
5d
9
Au
79
6s
1
5d
10
Hg
80
6s
2
5d
10
Re
75
Figure 5.19
Configurationsélectroniquespartiellesdesélémentsdetransition.
Figure 5.20
Configurationsélectroniquespartiellesdeslanthanidesetdesactinides.
6s
2
4f
6
Eu
63
6s
2
4f
7
Tb
65
6s
2
4f
9
Dy
66
6s
2
4f
10
Ho
67
6s
2
4f
11
Sm
62
Er
68
6s
2
4f
12
Tm
69
6s
2
4f
13
Yb
70
6s
2
4f
14
Lu
71
6s
2
4f
14
5d
1
Gd
64
6s
2
4f
7
5d
1
Ce
58
6s
2
4f
1
5d
1
7s
2
5f
6
Am
95
7s
2
5f
7
Bk
97
7s
2
5f
9
Cf
98
7s
2
5f
10
Es
99
7s
2
5f
11
Pu
94
Fm
100
7s
2
5f
12
Md
101
7s
2
5f
13
No
102
7s
2
5f
14
Lr
103
7s
2
5f
14
6d
1
Cm
96
7s
2
5f
7
6d
1
Th
90
7s
2
5f
1
6d
1
Np
93
7s
2
5f
4
6d
1
U
92
7s
2
5f
3
6d
1
Pa
91
7s
2
5f
2
6d
1
Pr
59
6s
2
4f
3
Nd
60
6s
2
4f
4
Pm
61
6s
2
4f
5
109-Chap.05_04.indd 29
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