Les couches électroniques
es Z électrons qui composent
le nuage électronique d'un atome de numéro atomique Z sont
en mouvement incessant et rapide. Ils restent néanmoins au voisinage du noyau car ils sont soumis à son
attraction: le noyau qui porte la charge électrique +Z.e attire les électrons de charge -e.
i l'on veut arracher un électron à
l'atome, il faut lui fournir de l'énergie. L'expérience montre
que les électrons d'un atome ne sont pas tous liés de la même manière au noyau: certains sont plus
faciles à arracher que d'autres. On peut donc ré'partir les électrons d'un atome en plusieurs groupes, selon
la facilité avec laquelle on peut les arracher à cet atome.
- Les électrons d'un atome se répartissent en "couches" encore appelées "niveaux".
- Chaque couche est caractérisée par un nombre entier positif n, appelé nombre quantique.
- Les électrons sont d'autant plus liés au noyau que la couche à laquelle ils appartiennent a un nombre
quantique plus petit.
- Pour les électrons d'une même couche, la zone de probabilité de présence maximale est à
peu près la même; elle est située au voisinage d'une sphère dont le rayon Rmax
croît avec n et dépend de l'élément considéré.
our distinguer les couches (ou niveaux) de nombre
quantique n=1, 2, 3, ..., on utilise les lettres K, L, M, ... prises
dans le même ordre.
| Valeur du nombre quantique n |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
| Désignation de la couche |
K |
L |
M |
N |
O |
Notation d'une couche de nombre quantique n
La structure électronique
a répartition des Z électrons
d'un atome sur les différentes couches successives obét à
deux règles :
- La notion même de couches successives suppose qu'il y a, dans chaque couche, un nombre limité d'électrons.
Cette limitation découle d'un principe fondamental, le principe de Pauli.
Principe de Pauli: Le nombre maximal d'électrons pouvant appartenir à une couche caractérisée
par le nombre quantique n est 2n2.
insi, la couche K, caractérisée par
n=1, peut contenir 2 électrons au maximum, la couche L (n=2)
peut en contenir 8, tandis que la couche M (n=3) sera saturée avec 18 électrons.
e principe de Pauli ne peut être ciolé:
il n'existe aucun atome, nulle part dans l'Univers, dont la structure
électronique ne respecte pas ce principe.
- Le principe de Pauli fixe le nombre maximal d'électrons d'une couche, mais il n'indique pas dans quel ordre ces
couches se remplissent. Une règle, appelée "règle de construction", indique l'ordre de remplissage
des niveaux.
Règle de construction: Les électrons occupent successivement les couches en commençant par celles
ayant les nombres quantiques les plus faibles.(Notons toutefois que la couche n peut commencer à se remplir avant
que la couche n-1 soit saturÉe)
Des électrons occupent donc d'abord la couche K puis, quand celle-ci est saturée, d'autres se placent sur la couche L, ...
'état de l'atome obtenu en appliquant la règle
de construction est l'état dans lequel il se trouve habituellement,
c'est-à-dire sans intervention extérieure modifiant la répartition des électrons; on appelle cet état
"etat fondamental".
our représenter la structure &eacuyte;lectronique
d'un atome, on utilise couramment une formule électronique: on
écrit pour cela la lettre, entre parenthèses, qui correspond à chaque couche et on indique en exposant, en haut
à droite, le nombre d'électrons de cette couche, les couches vides n'étant pas spécifiées.
Quelques exemples:
| Z |
Nom |
Symbole |
Formule électronique |
| 3 |
lithium |
Li |
(K)2(L)1 |
| 11 |
sodium |
Na |
(K)2(L)8(M)1 |
| 19 |
potassium |
K |
(K)2(L)8(M)8(N)1 |
| 37 |
rubidium |
Rb |
(K)2(L)8(M)18(N)8(O)1 |
| 55 |
césium |
Cs |
(K)2(L)8(M)18(N)18(O)8(P)1 |
ne structure électronique des ions est,
comme celle des atomes, déterminée par l'application du principe de Pauli
et de la règle de construction.
