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 STRUCTURE ÉLECTRONIQUE DES ATOMES

Compétences ...  expliquer ... les règles et les exceptions pour expliquer les propriétés électroniques des éléments ...

On écrit les configurations électroniques dans l’ordre des niveaux croissants :

₂₃V : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d³ 4s²  et on constate que toutes les règles sont respectées dans le cortège électronique du Vanadium.

₂₄Cr : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁵ 4s¹ qui devrait avoir la configuration 3d⁴ 4s² a modifié la répartition électronique, n'en concluez pas que les différentes règles sont mises en défaut (des phénomènes complémentaires interviennent) ... c'est l'exception qui confirme la règle.

L'explication est simple, l'élément devrait avoir une sous couche s complète et une sous couche p avec 4 électrons on conçoit que si un électron passe de la s à la d, que l'on obtienne une plus grande stabilité puisque la s est remplie à moitié ainsi que la d soit respectivement 1 électron sur 2 pour la s et 5 électrons sur 10 pour la d.
Les sous couches demi remplies n'ont que des électrons de spin + ½ et il n'y a pas l'effet de répulsion des deux électrons dans une même orbitale qui ont des spins opposés de + ½ et - ½. On visualise, par exemple, ce phénomène en observant les courbe des potentiels d'ionisation qui le marquent en minimisant les valeurs lorsqu'un éléments accède à une sous couche semi pleine en perdant un électron.

On écrit les configurations électroniques dans l’ordre des niveaux croissants :

₂₈Ni : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁸ 4s² et on constate que toutes les règles sont respectées dans le cortège électronique du Nickel.

₂₉Cu : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹ qui devrait avoir la configuration 3d⁹ 4s² a modifié la répartition électronique

L'explication est simple, dans ce deuxième cas car le cuivre devrait avoir une sous couche s complète et une sous couche p avec neuf électrons.
Si un électron passe de la 4s à la 3d, on obtient une s remplie à moitié et une d remplie ce qui conduit à une plus grande stabilité.

L'absence du dernier électron de la sous couche d n'est pas déstabilisant par contre le passage de la s remplie à la s remplie à moitié est relativement peu déstabilisant et explique les mouvements des électrons.

Il faut toujours avoir à l'esprit que la nature choisit toujours la configuration de moindre énergie et lorsqu'une des règles semble détournée, c'est à nous d'imaginer quel phénomène permet de minimiser l'énergie.

Pour terminer l'explication pensez à la phrase de Pascal "... l'imagination se lassera plutôt de concevoir, que la nature de fournir".