Atomesetmolécules Exercice5 Page1sur3

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Corrigé exercice 5 CONFIGURATIONSÉLECTRONIQUES

1) Uneconfigurationélectroniqueestimpossibledanslesdeuxcassuivants:

- violationduprincipedePauli(plusdedeuxélectronsparorbitale) casf):l’OA2𝑠nepeutpascontenir3électrons;

- interventiond’orbitalesquin’existentpas casc):l’OA3𝑓n’existepascarℓ = 3(OAdetype𝑓)estimpossibleauniveau3puisque 0 ≤ ℓ ≤ 𝑛 − 1.

LesrèglesdeKlechkowskietdeHundpermettentdetrouverlaconfigurationélectroniqued’unatomedanssonétatfondamental:casb).

Sionrépartitlesélectronssansrespectercesdeuxdernièresrègles,onobtientuneconfigurationélectroniqueexcitée(moinsstablequel’étatfondamental):casa),d)ete).Dansa)etd),l’OA1𝑠n’estpascomplètealorsqu’ilyadesélectronsdanslesOAsuivantes.Danse),onarempli3𝑑avant4𝑠.

Important:L’ordredanslequelonécritlesOAdanslaconfigurationélectroniquen’apasd’importance.Onpeutécrireuneconfigurationélectronique:

dansl’ordrederemplissage(deKlechkowski):1𝑠!2𝑠!2𝑝!3𝑠!3𝑝!4𝑠!3𝑑!;dansl’ordrecroissantdel’énergiedesOA:1𝑠!2𝑠!2𝑝!3𝑠!3𝑝!3𝑑!4𝑠!.

Lapremièreécritureestpréférablelorsqu’ils’agitdedéterminerlapositiondel’élémentdansletableaupériodique.Lasecondeestmeilleurequandons’intéresseàl’énergieorbitalaire,notammentpourprocéderàuneionisation.

2) Configurationélectroniquedesatomesdansleurétatfondamental:

P!" :1𝑠!2𝑠!2𝑝!3𝑠!3𝑝! ;

V!" :1𝑠!2𝑠!2𝑝!3𝑠!3𝑝!4𝑠!3𝑑! ;

I!" :1𝑠!2𝑠!2𝑝!3𝑠!3𝑝!4𝑠!3𝑑!"4𝑝!5𝑠!4𝑑!"5𝑝! ;

Sm!" :1𝑠!2𝑠!2𝑝!3𝑠!3𝑝!4𝑠!3𝑑!"4𝑝!5𝑠!4𝑑!"5𝑝!6𝑠!4𝑓! ;

Hg!" :1𝑠!2𝑠!2𝑝!3𝑠!3𝑝!4𝑠!3𝑑!"4𝑝!5𝑠!4𝑑!"5𝑝!6𝑠!4𝑓!"5𝑑!"

Rappel:Sil’énoncéledemande(cequin’étaitpaslecasici),vousdevezêtrecapabled’énoncerlesrèglespermettantd’établirlesconfigurationsélectroniques,ainsiquelenomduphysicienassocié(principedePaulietrègledeKlechkowski).

Ondéterminelenombred’électronscélibatairesenappliquantlarègledeHundpourladernièreorbitaleremplie:

P!" :Ilyatroisorbitales3𝑝,donclestroisélectronsde3𝑝!occupentchacuned’ellesàspinsparallèles.Lephosphoreatroisélectronscélibataires.

V!" :Ilyacinqorbitales3𝑑,donclestroisélectronsde3𝑑!seplacentàspinsparallèles.Levanadiuma3électronscélibataires.

I!" :Leremplissagede3orbitales5𝑝par5électronsconduitnécessairementà2pairesetàununiqueélectroncélibataire.

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Sm!" :Ilyaseptorbitales4𝑓,donclessixélectronsde4𝑓!seplacentàspinsparallèles.Lesamariuma6électronscélibataires.

Hg!" :TouteslesOAsontpleines,c’est-à-direcontiennentdesélectronsappariés.Lemercuren’aaucunélectroncélibataire.

3) Configurationélectroniquedesatomesdansleurétatfondamental:

a)EnappliquantstrictementlarègledeKlechkowski,lesconfigurationsélectroniquesdevraientêtre:

Cr!" :1𝑠!2𝑠!2𝑝!3𝑠!3𝑝!4𝑠!3𝑑!Mo!" :1𝑠!2𝑠!2𝑝!3𝑠!3𝑝!4𝑠!3𝑑!"4𝑝!5𝑠!4𝑑!Cu!" :1𝑠!2𝑠!2𝑝!3𝑠!3𝑝!4𝑠!3𝑑!Ag!" :1𝑠!2𝑠!2𝑝!3𝑠!3𝑝!4𝑠!3𝑑!"4𝑝!5𝑠!4𝑑!Au!" :1𝑠!2𝑠!2𝑝!3𝑠!3𝑝!4𝑠!3𝑑!"4𝑝!5𝑠!4𝑑!"5𝑝!6𝑠!4𝑓!"5𝑑!

LorsquelesOAsontcomplètes,lesélectronssontappariés.LesélectronscélibatairessetrouventdoncnécessairementdansdesOAnoncomplètes,quisont,pourlescinqatomesconsidérésici,desOAdetype𝑑.OnappliquedonclarègledeHund,quistipulequelesélectronspossèdentdematièreprivilégiéedesspinsparallèles(mêmevaleurde𝑚!).

PourCretMo,onprévoituneconfigurationseterminantpar𝑛𝑠! 𝑛 − 1 𝑑!.Commeilyatoujours5OAdetype𝑑disponibles,lesélectronssonttousàspinsparallèlesetilya4électronscélibataires:

(n-1)d

ns

PourCu,AgetAu,onprévoituneconfigurationen𝑛𝑠! 𝑛 − 1 𝑑!.Ilmanque1électronpourremplirles5OAdetype𝑑,ilyadoncunseulélectroncélibataire:

(n-1)d

ns

Conclusion:

Parapplicationdesrèglesusuelles,CretModevraientavoir4électronscélibataires,Cu,AgetAuunseul,ettoussontdansdesOAdetype𝑑,doncavecℓ = 2.

b)PourCretMo,onconstatequ’ilyaenréalité6électronscélibataires.L’OA𝑛𝑠étanttrèsprocheenénergiede 𝑛 − 1 𝑑,onconstatequ’enalignantlesspinsdanscesdeuxtypesd’OAcommesiellesétaientdégénérées,onobtientbien6électronscélibataires:

(n-1)d

ns

Lesconfigurationsélectroniquescorrectessontdonc:

Cr!" :1𝑠!2𝑠!2𝑝!3𝑠!3𝑝!4𝑠!3𝑑!Mo!" :1𝑠!2𝑠!2𝑝!3𝑠!3𝑝!4𝑠!3𝑑!"4𝑝!5𝑠!4𝑑!

Pourlestroisautres,ilyabienunélectroncélibataire,maisquipossèdeunnombrequantiqueℓ = 0,setrouvantdoncdansuneOAdetype𝑠.L’électroncélibatairesetrouvedoncenréalitédansl’OA𝑛𝑠etnonpasdansl’OA 𝑛 − 1 𝑑,quisetrouveêtrecomplète:

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(n-1)d

ns

Lesconfigurationsélectroniquescorrectessontdonc:

Cu!" :1𝑠!2𝑠!2𝑝!3𝑠!3𝑝!4𝑠!3𝑑!"Ag!" :1𝑠!2𝑠!2𝑝!3𝑠!3𝑝!4𝑠!3𝑑!"4𝑝!5𝑠!4𝑑!"Au!" :1𝑠!2𝑠!2𝑝!3𝑠!3𝑝!4𝑠!3𝑑!"4𝑝!5𝑠!4𝑑!"5𝑝!6𝑠!4𝑓!"5𝑑!"

N.B.Cesexceptionsconcernentdesélémentsassezcourants.Ilestdoncfréquentquel’onposedesquestionssurcescasdanslessujetsdeconcours,bienquelaconnaissancedecesexceptionsnesoitpasexigible.Parfois,ondemandede«justifier»cesexceptions.Vouspourrezrencontrerdesjustificationsbaséessurla«stabilitéparticulièredescouchesrempliesoudemi-remplies».Ceciesttoutauplusunmoyenmnémotechniquemaisn’estpasunejustificationsatisfaisante.Lajustificationdescesexceptionsestenréalitébienpluscomplexeetnécessitedescalculsdechimiequantiquetrèspoussés.Cequel’onpeutdire,toutdemême,c’estquel’undesfacteursfavorablesàl’exceptionduchromeetdumolybdèneestqu’ellepermetd’éviterl’appariementdesélectrons,défavorableénergétiquementcommelerésumelarègledeHund.