Chimie Atomique - Niveaux Énergétiques et Orbitales

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Questions and Answers

Comment l'énergie d'un niveau électronique change-t-elle lorsque la valeur de ℓ augmente, pour un même niveau n?

L'énergie augmente avec l'augmentation de ℓ (par exemple, E2s < E2p et E3s < E3p < E3d).

Si deux orbitales atomiques ont le même n et le même ℓ, comment sont leurs énergies?

Leurs énergies sont les mêmes (par exemple, E2px = E2py = E2pz).

Quelles sont les trois valeurs possibles du nombre quantique m lorsque l = 1?

-1, 0, et 1

Selon quelles règles les électrons remplissent-ils les sous-niveaux énergétiques?

Les électrons occupent les sous-niveaux énergétiques dans l’ordre croissant de l’énergie (ordre croissant de n). Signup and view all the answers

De quoi dépend l'énergie d'un sous-niveau?

Elle dépend de n et ℓ. Signup and view all the answers

Combien d'orbitales atomiques sont associées à la couche électronique n=3 et l=2 ?

5 Signup and view all the answers

Quel est le principe fondamental de la règle de Klechkowski?

L'ordre de remplissage suit les valeurs croissantes de (n + l). Signup and view all the answers

Quel est le nombre maximal d'électrons que peuvent contenir les orbitales 4f?

14 Signup and view all the answers

Que se passe-t-il si deux ou plusieurs couples (n+l) ont la même valeur selon la règle de Klechkowski?

Ils sont classés par ordre de n croissant. Signup and view all the answers

Si un électron a n = 2 et l = 1, quelles sont toutes les notations d'orbitales atomiques possibles?

2px, 2py, et 2pz Signup and view all the answers

Qu'est-ce que le nombre quantique de spin s, et quelles sont ses deux valeurs?

Le nombre quantique de spin (s) décrit le moment cinétique de rotation de l'électron; ses valeurs sont +1/2 ou -1/2. Signup and view all the answers

Quel est le principe d’exclusion de Pauli?

Deux électrons d’un même atome ne peuvent avoir les quatre nombres quantiques identiques. Signup and view all the answers

Dans l'application de la règle de Klechkowski, comment visualise-t-on le remplissage des couches et sous-couches?

On visualise le remplissage par les diagonales d'un tableau où n est en ligne et l est en colonne. Signup and view all the answers

Selon les règles de stabilité, comment l'énergie d'une orbitale atomique varie-t-elle en fonction de la valeur de n?

L'énergie d'une orbitale atomique augmente avec l'augmentation de n. Signup and view all the answers

Donnez les notations des orbitales atomiques pour n=3 et l=1

3px, 3py, et 3pz Signup and view all the answers

Combien d'états différents correspondent à un nombre quantique principal n donné?

$2n^2$ Signup and view all the answers

Quelle est la formule de la densité de probabilité ponctuelle ?

dp/dv Signup and view all the answers

Comment la densité de probabilité ponctuelle de l'atome d'hydrogène est-elle exprimée mathématiquement (utilisez ΨH) ?

ΨH² = (1/(a₀³4π))e^(-2r/a₀) Signup and view all the answers

Pourquoi la densité de probabilité ponctuelle maximale au noyau est-elle considérée comme une contradiction avec le modèle de l'atome?

Parce que l'atome est conçu avec un vide énorme, la probabilité y devrait etre moindre. Signup and view all the answers

Quelle est la formule pour l'élément de volume `dv` en termes de rayon `r` pour un atome en 3 dimensions ?

dv=4πr²dr Signup and view all the answers

Quelle est l'expression de la densité de probabilité radiale en fonction de la densité de probabilité ponctuelle et de r?

dp/dr = Ψ² * 4πr² Signup and view all the answers

Quelle est la formule complète pour la densité radiale de l'atome d'hydrogène en fonction de r et a₀, en utilisant ΨH?

dp/dr = (4/a₀³) * r² * e^(-2r/a₀) Signup and view all the answers

Que représente la surface sous la courbe de la densité radiale, et comment est-elle symbolisée?

La probabilité de présence de l'électron, symbolisée par P. Signup and view all the answers

Quelle est la signification de a₀ , et sa valeur approximative en Å?

a₀ est l’orbite de Bohr, et vaut environ 0,53 Å. Signup and view all the answers

Quelle est la configuration électronique du carbone selon les informations fournies?

[He] 2s2 2p2 Signup and view all the answers

Dans l'équation $E_n = E_H(Z/n)^2$, que représente le terme n?

Le nombre quantique principal Signup and view all the answers

Selon l'approximation de Slater, qu'est-ce que la charge nucléaire écrantée?

La charge nucléaire effective, réduite par l'effet des autres électrons. Signup and view all the answers

Quelle est la formule de l'énergie d'un électron selon l'approximation de Slater?

$E_i = E_H(Z_i^*/n_i)^2$ Signup and view all the answers

Qu'est-ce que l'effet d'écran dans un atome multi-électronique, et quel est son impact sur la charge nucléaire ressentie par un électron?

L'effet d'écran est la réduction de la charge nucléaire, causée par les autres électrons, diminuant la charge effective ressentie par un électron ciblé. Signup and view all the answers

Si 𝑍 est la charge du noyau et 𝜎𝑖 est la constante d'écran totale d'un électron i, quelle est l'expression de la charge nucléaire effective 𝑍*𝑖 ?

𝑍*𝑖 = 𝑍 − 𝜎𝑖 Signup and view all the answers

Dans le cas d'un atome de lithium (Li), dont le numéro atomique est 3, comment les 2 électrons de la couche 1s affectent-ils l'électron de la couche 2s?

Les électrons de la couche 1s font écran à l'électron de 2s, diminuant la charge positive du noyau qu'il ressent. Signup and view all the answers

Que représente 𝜎𝑖𝑗 dans le contexte de l'effet d'écran ?

La constante d'écran de l'électron j sur l'électron i. Signup and view all the answers

Combien d'électrons au maximum une orbitale atomique peut-elle contenir?

Une orbitale atomique peut contenir au maximum deux électrons. Signup and view all the answers

Quelle règle détermine l'ordre de remplissage des orbitales atomiques par les électrons, en commençant par les couches de nombre quantique le plus faible?

Les électrons commencent à occuper les couches de nombre quantique le plus faible, en respectant l'ordre n=1, puis n=2, et ainsi de suite. Signup and view all the answers

Comment la configuration électronique d'un atome est-elle établie?

La configuration électronique est établie en respectant les règles de Pauli, de Hund et de Klechkowski. Signup and view all the answers

Quelle est la configuration électronique de l'atome de carbone (6C)?

La configuration électronique de l'atome de carbone est 1s² 2s² 2p². Signup and view all the answers

Quelle est la règle de Hund?

La règle de Hund stipule que, pour un atome, la situation la plus stable énergétiquement correspond à l’occupation du maximum d’orbitales par des électrons avec des spins parallèles. Signup and view all the answers

Quel est le nombre maximal d'électrons que peut contenir la couche n?

Le nombre maximal d'électrons que peut contenir la couche n est 2n². Signup and view all the answers

Qu'est-ce qu'une couche saturée en termes de configuration électronique?

Une couche saturée est une couche complètement remplie d'électrons. Signup and view all the answers

Quels sont les deux exceptions à la règle générale de remplissage des orbitales présentées dans le texte?

Les deux exceptions présentées sont le chrome (24Cr) et le cuivre (29Cu). Signup and view all the answers

Comment sont définis les électrons de valence?

Les électrons de valence sont les électrons des couches externes d'un atome. Signup and view all the answers

Quelle est la configuration électronique du scandium (21Sc)?

La configuration électronique du scandium (21Sc) est 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹. Signup and view all the answers

Selon le texte, comment l'électron e2 influence-t-il la charge nucléaire effective ressentie par l'électron e1?

L'électron e2 exerce un effet d'écran sur l'électron e1, réduisant ainsi la charge nucléaire effective que ressent e1. Signup and view all the answers

Quelle est la valeur de la charge nucléaire effective (Z*) pour l'électron e1 et comment est-elle calculée dans le cas présent?

La charge nucléaire effective (Z*) pour e1 est 2,69. Elle est calculée en soustrayant l'effet d'écran (0,31) de la charge nucléaire réelle (3). Signup and view all the answers

Dans cet exemple, pourquoi l'électron e3 n'a-t-il pas d'effet d'écran sur les électrons e1 et e2?

L'électron e3 n'exerce pas d'effet d'écran sur e1 et e2 car il est situé sur une couche électronique plus externe (2s). Signup and view all the answers

Comment la valeur de Z* affecte-t-elle l'énergie d'un électron, et quel est le résultat de cette relation pour les électrons e1 et e2?

Une valeur plus élevée de Z* conduit à une énergie plus négative (plus basse) pour l'électron. Dans ce cas, l'énergie des électrons e1 et e2 est de -98,41 eV. Signup and view all the answers

Pourquoi les électrons e1 et e2 exercent-ils une influence sur l'électron e3, et comment cela affecte-t-il la charge nucléaire effective perçue par e3?

Les électrons e1 et e2 exercent un effet d'écran sur e3, car ils sont sur une couche interne (1s). Cela diminue la charge nucléaire effective perçue par e3 à 1,3. Signup and view all the answers

Comment est calculée l'énergie de l'électron e3, et quelle est sa valeur numérique?

L'énergie de e3 est calculée en utilisant la formule $E_H (Z^/n)^2$, ce qui donne une valeur de -5,75 eV pour e3. Signup and view all the answers

Selon les règles générales, quelle est la constante d'écran lorsque l'électron j appartient au même niveau que l'électron i?

La constante d'écran est de 0,35 si l'électron j est au même niveau que l'électron i, sauf si ni = nj = 1, où elle est de 0,31. Signup and view all the answers

Si l'électron j se trouve deux couches ou plus à l'intérieur de l'électron i, quelle serait sa constante d'écran et comment l'applique t-on pour calculer Z*?

Dans ce cas, la constante d'écran est de 1, qui soustraite totalement de Z (charge nucléaire) pour calculer Z*. Signup and view all the answers

Study Notes

Université et Département

Université : CADI AYYAD
Faculté : des Sciences
Semlalia
Marrakech
Département : Chimie
Semestre : 1, Automne
Filière : PC
Année : 2023-2024

Sujet du Cours

Atomistique et liaison chimique
Chapitre 3 : Modèle ondulatoire de Schrödinger

Modèles Atomiques

L'évolution du modèle atomique a progressé depuis l'Antiquité (Ve siècle av. J.-C.) jusqu'aux avancées scientifiques expérimentales.
Modèle de Dalton (1803) : représentation sphérique de l'atome.
Découverte de l'électron (début du 20e siècle)
Modèle de Thomson (1901) : modèle "pudding" avec des électrons intégrés à la matière positive.
Mise en évidence du noyau (1911)
Modèle de Rutherford (1911): modèle planétaire avec un petit noyau chargé positivement entouré d'électrons.
Modèle de Bohr (1913) : les électrons orbitent à des distances fixes du noyau.
Théorie quantique/Modèle de Schrödinger (1925) : l'électron n'est pas confiné à une orbite précise, mais à une région de l'espace autour du noyau, définie probabilistiquement.

Aspect Corpusculaire de la Lumière

Planck : L'énergie dans un rayonnement est quantifiée (quanta).
Einstein : La lumière est composée de photons (particules).

Aspect Ondulatoire de la Lumière

Comportement ondulatoire de la lumière mis en évidence par l'interférence
Observation de la diffraction des électrons confirmant leur comportement ondulatoire.

Dualité Onde-Corpuscule

Concept de Broglie (1924): Toute particule en mouvement possède une nature ondulatoire. La longueur d'onde est inversement proportionnelle à la quantité de mouvement de la particule (longueur d'onde = h/mv, avec h: constante de Planck).

Principe d'Incertitude de Heisenberg

Il est impossible de connaître simultanément et précisément la position et la quantité de mouvement d'une particule. (Δ(mv)Δx ≥ h/2π)
L'amélioration de la précision de l'une implique une perte de précision de l'autre.

Aspects Probabilistes des Phénomènes Quantiques

La mécanique quantique s'appuie sur le formalisme mathématique de l'équation de Schrödinger (1927) pour décrire le comportement des électrons.
Les interactions électron-électron et électron-noyau sont prises en compte.
L'idée d'orbite de Bohr est remplacée par la notion d'orbitale atomique.
L'orbitale est définie par une fonction d'onde qui décrit la distribution de probabilité de trouver l'électron dans l'espace.
La fonction d'onde donne toutes les informations sur la particule.
La fonction d'onde est une solution de l'équation de Schrödinger.
L'équation de Schrödinger est déterminée pour certaines valeurs d'énergie.

Densité de Probabilité

La probabilité de trouver l'électron à un point M donné ou dans un petit volume dv autour de ce point est proportionnelle à Ψ²(x, y, z, t) dv.
La densité de probabilité ponctuelle (dp/dv) est proportionnelle au carré de la fonction d'onde.
Pour l'atome d'hydrogène, la densité de probabilité Ψ² atteint son maximum sur le noyau.
Les atomes ont un vide important et un grand espace autour du noyau.
La densité de probabilité radiale fournit des informations sur la distribution de probabilité de l'électron en fonction de la distance au noyau.

Atomes à plusieurs électrons

Les modèles pour un seul électron doivent être adapté aux atomes à plusieurs électrons.
Les électrons sont soumis à une charge nucléaire réduite.
Le concept d'effet d'écran explique la réduction effective de la charge nucléaire.
La charge effective ou nucléaire écrantée réduit la charge régnant sur des électrons de manière significative.
Les électrons proches du noyau agissent comme un écran pour les électrons plus éloignés, réduisant l'attraction qu'ils reçoivent du noyau.
L'énergie des électrons est calculée en utilisant la constante d'écran.

Nombres Quantiques

Les nombres quantiques (n, l, m, s) caractérisent les orbitales atomiques.
n (principal) : définit l'énergie de l'orbitale.
l (secondaire/azimutal): définit la forme géométrique de l'orbitale.
m (magnétique) : définit l'orientation de l'orbitale dans l'espace.
s (spin) : définit le sens de rotation intrinsèque de l'électron.

États d'un atome

Chaque niveau d'énergie contiens des sous-niveaux ou des orbitales qui sont déterminées par les nombres quantiques l et m respectivement.
Le nombre d'orbitales par sous-niveau est donné par (2l + 1)
Le nombre d'orbitales par niveau d'énergie est donné par n².
Un atome possède des niveaux d'énergie (n) contenant des sous-niveaux (l) qui contiennent des orbitales (m) dont chaque orbitale accueillera au maximum 2 électrons.

Règle de Klechkowski

L'ordre de remplissage des orbitales est déterminé par la somme (n + l).
Les orbitales de même valeur de (n + l) sont remplies dans l'ordre croissant de la valeur de n.

Principe d'Exclusion de Pauli

Deux électrons dans un même atome ne peuvent pas avoir les 4 nombres quantiques identiques.

Règle de Hund

Pour les orbitales dégénerées (même énergie) d'un sous-niveau, les électrons occupent les orbitales séparément avec des spins parallèles avant de s'apparier.

Configuration Electronique

La configuration électronique décrit la distribution des électrons dans les orbitales atomiques d'un atome.
Les règles de Pauli, Hund, et Klechkowsky sont utilisées pour déterminer la configuration électronique.
La configuration électronique des atomes est déterminée par les nombres quantiques.

Exceptions

Des exceptions existent a l'ordre de remplissage dû aux situations de stabilité spéciale (par exemple, atomes du Chrome, du Cuivre et du Cadmium)

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Description

Ce quiz explore les concepts fondamentaux de la chimie atomique, notamment les niveaux d'énergie électroniques, les orbitales atomiques et les règles de remplissage. Vous répondrez à des questions sur les nombres quantiques, le principe d'exclusion de Pauli et la règle de Klechkowski. Testez vos connaissances sur le comportement des électrons dans un atome.