Couches, sous-couches et orbitales

un atome c composé d'un noyau chargée positivement qui va concentrer la quasi-totalité de la masse de l'atome dans un tout petit volume est également d'électrons qui sont chargées négativement tout autour de ce noyau est une des questions que se posent et physiciens depuis les tout premiers modèles de l'atome c'est comment se répartissent donc ces électrons autour de ce noyau dans l'atome un des premiers modèles qui a été proposé c'est le modèle de niels bohr pour l'atome d'hydrogène l'atome d'hydrogène c'est la tome de plus simple puisqu'on a un seul électron a placé donc dans le modèle de xbox on a un noyau chargée positivement autour duquel va graviter un électron selon le trajectoire circulaire avec un mouvement uniforme donc cet électron va par exemple avoir le mouvement avec un vecteur vitesse comme ceux-ci vecteur vitesse dont la norme va être là même tout le long de cette trajectoire et à partir des différentes hypothèses que niels bohr a posé pour son modèle eh bien on peut déterminer la distance entre cet électron et le noyau le rayon ici de cette trajectoire ainsi que la vitesse de cet électron lorsqu'il est sur cette trajectoire eh bien ça on sait que ce n'est pas possible c'est ce que nous dit le principe d'incertitude d'heisenberg on ne peut pas déterminer précisément simultanément la position de cet électron ainsi que sa vitesse et le modèle d'audi sport ne correspond pas à la réalité de l'atome d'hydrogène et les modèles qui ont suivi sont issus de la mécanique quantique qui nous dit que l'électron n'est pas en orbite autour d'un noyau mais que les électrons sont dans des orbites al atomique qu'on va définir un petit peu plus loin dans cette vidéo dont quel est l'intérêt de ce modèle d'audi sport est bien là comme un intérêt très très important c'est qu'ils nous permet d'introduire le concept de quantification d'énergie en effet dans ce modèle d'audi sport l'électron ne peut pas prendre n'importe quelle trajectoire autour de noyaux il peut prendre certaines trajectoires avec des rayons bien défini ici on a par exemple le premier rayon accessible et puis on va avoir un deuxième rayon accessible que j'ai défini comme ceci est l'électron ne peut pas être sur une trajectoire entre ces deux régions il est soit ici soit ici soit sur d'autres rayons accès c'est ce qu'on appelle la quantification le rayon de la trajectoire est quantifié et à chacun de ses rayons est associé un niveau d'énergie et cette énergie est aussi quantifier elle ne peut pas prendre n'importe quelle valeur plus on s'éloigne du noyau plus l'énergie est importante et on voit ici donc un lien entre niveau d'énergie est distant aux noyaux et même si ce modèle de niels bohr ne correspond pas à la réalité la notion de quantification d'énergie et le lien entre niveau d'énergie et 10 ans au noyau sont des choses qu'on retrouve également en mécanique quantique avec le concept désorbitage d'atomic il existe un moyen mnémotechnique pour se souvenir du fait qu'on a une énergie plus grande lorsqu'on est plus loin du noyau c'est d'imaginer notre planète terre avec un satellite en orbite autour de notre planète et imaginons qu'on souhaite que ce satellite est une orbite plus éloigné que celle qu'il a actuellement est bien dans ce cas là on va lui envoyer de l'énergie pour lui permettre d'atteindre une orbite plus éloignés et si on souhaite encore éloignés ce satellite pour qu'il une orbite avec un rayon plus important eh bien on peut lui apporter à nouveau encore de l'énergie pour qu'ils s'éloignent encore de la terre ça ça nous permet de nous rappeler que dans le modèle de nuit sport est généralement lorsqu'il s'agit du lien entre énergie et distance dans un atome plus on est éloigné du noyau plus le niveau d'énergie est important on a donc parlé d'orbital atomique qu'est ce qu'une orbitale atomique ne remettais l'atomic c'est une zone de l'espace une région un volume dans lequel on a une probabilité de présence de l'électro qui est importante arbitrairement dans cette zone on a une probabilité de plus de 95% de trouver d'électrons alors comment illustrer imaginons qu'on parle de l'atome d'hydrogène qui contient donc un noyau constitué d'un proton et d'un électron si on prend une photographie instantanée de cet atome d'hydrogène pour voir où est situé d'électrons un instant t imaginons on prend une photographie trouve l'électron ici on attend un petit peu on prend un deuxième photographie on trouve l'électron ici on fait une nouvelle photographie instantanée on trouve électrons ici etc etc etc si on continue à faire cette démarche un très très grand nombre de fois on va trouver ce genre de résultat avec ici de très très nombreux points qui correspond à plein de photos un fin d'année qui ont été prises de l'endroit où se trouvent les électrons dans l'atome d'hydrogène et à partir de tous ces points bien on peut déterminer une région dans l'espace dans laquelle on a plus de 95% de chances de trouver l'électron si on définit cette zone de l'espace à partir de ces résultats on va trouver une région qui a la forme d'une sphère comme ceux ci et ça c'est une orbitale atomique c'est un volume une région dans l'espace dans laquelle il est probable à plus de 95% de trouver notre électrons généralement ont choisi arbitrairement cette valeur de 95 % mais le volume de cette sphère va dépendre en fait de la probabilité qu'on choisit si on choisit une probabilité supérieure à 50% à 90% ou 99 % le volume de la sphère va être différent donc cette sphère représente l'orbit talent un ace de l'atome d'hydrogène donc la région dans l'espace dans laquelle il est probable à plus de 95% de trouver l'électron imaginons qu'on s'intéresse maintenant à l'hélium dans l'atome d'hélium on a deux électrons et on sait que dans une orbital on peut placer deux électrons puisque dans une orbite à l'on peut avoir deux électrons qui on dénombre quantique magnétique de spin opposé m indice s qui va valoir + 1/2 pour le premier électrons et -1 2 me pour le 2ème électrons donc si on réalise ce travail pour le 2ème électrons de l'atome d'hélium on va trouver exactement le même résultat avec ce 2e et rythmes qui se situe également dans cette orbital 1 est ce donc dans cette région de l'espace définis par cette sphère mais si on a maintenant un troisième électron a placé par exemple si on s'intéresse au lithium pour lequel on a trois électrons et on ne peut plus mettre d'électrons dans cet hôpital un ace puisqu'il est impossible d'avoir trois électrons dans la même orbite alors déjà de manière intuitive parce qu'on se doute bien qu'il risque d'y avoir des répulsion électrostatique importante dans cette zone de l'espace si on rajoute une troisième charge négative mais surtout d'un point de vue quantique à cause du principe d'exclusion de police qui nous dit que dans un atome chaque électrons doit être définie par quatre nombres quantique différents donc on peut avoir des électrons qui ont le même nombre quantique n l&m indice elle donc c'est à dire qu'ils occupent la même orbital mais ne nous reste plus que le nombre quantique magnifique de spin pour les différencier qui peut prendre deux valeurs on l'a vu plus un demi et moins un demi donc dans une orbital on ne peut placer que deux électrons donc si on s'intéresse au lithium et bien lors dit alain s est pleine elle possède déjà deux électrons et pour placer le troisième électrons et bien vouloir passer à une autre robitaille cet électron ce troisième électrons va se situer dans une autre zone de l'espace et si on fait ce même travail de photographie instantanée pour ce troisième électrons on va trouver le résultat suivant ce résultat ici donc je vais descendre pour faire de la place pour pouvoir bien étudié cette situation donc si dans ce schéma il ne faut pas du tout faire attention aux couleurs on prend simplement en compte les points qu'on voit apparaître donc on voit qu'on a une zone de l'espace où la probabilité de trouver l'électron est importante on a beaucoup de points on a une zone ici on n'a pas du tout probabilité de trouver cet électron et on a une autre zone ici où on a une très grande probabilité de trouver cet électron et si on cherche à définir un volume dans lequel en a plus de 95% de chances de trouver ce troisième électrons bien ce volume va également avoir la forme d'une sphère comme ceux ci l'a à nouveau il faut pas faire attention aux couleurs ici on voit simplement la première zone ici dans laquelle on avait une grande probabilité de trouver les troncs autour une zone de probabilités nul et puis en bleu la zone ici on a également une très très grande probabilité de trouver les électrons 7 orbital il s'agit de l'hôpital 2 est ce qu'on trouve dans l'atome de lithium donc un des électrons de l'atome de lithium le troisième occupent leur vitale 2 s ce terminal 2f elle est beaucoup plus grande cette sphère ici est beaucoup plus grande que leur vital un ace donc cet électron ici ce troisième écran du lithium il est beaucoup plus éloigné du noyau que les le premier électrons qui correspondent aux mêmes électrons que l'hélium qui sont dans l'hôpital un f est ce qu'il faut retenir c'est que plus l'hôpital que l'électron va occuper va être grande va avoir un gros volume plus la distance probable électro noyau va être importante et par conséquent moins la force d'interaction électrostatique électro noyau la force de cool on va être importante donc l'électron est moins lié au noyau puisqu'il est plus loin puisqu'il est plus loin il va également avoir une plus haute énergie comme on l'a vu tout à l'heure avec l'exemple du satellite et par conséquent cet électron qui est moins attachés au noyau avec une plus grande énergie et bien être plus facilement engagés dans des liaisons avec d'autres atomes est par exemple il peut être partagée avec d'autres atomes pour former une liaison covalente donc la répartition des électrons dans les atomes ou dans les yeux dans les différentes orbital ici par exemple pour l'hélium on a vu les deux électrons d'orbital un ace pour le lithium deux électrons dans l'en-but alain s est un électron dans l'en but à 2 s cette répartition des électrons c'est ce qu'on appelle la configuration électronique et c'est ce qu'on va définir dans la vidéo suivante