La représentation quantique de l’atome est un modèle qui décrit les électrons d’un atome en termes de fonctions d’onde. Ces fonctions d’onde, appelées orbitales, représentent la probabilité de présence d’un électron à un endroit donné.
Les orbitales sont caractérisées par quatre nombres quantiques :
- n : le nombre quantique principal, qui représente la couche électronique.
- l : le nombre quantique secondaire, qui représente la forme de l’orbitale.
- m : le nombre quantique magnétique, qui représente l’orientation de l’orbitale dans l’espace.
- s : le nombre quantique de spin, qui représente la direction de rotation de l’électron.
Les valeurs possibles pour les nombres quantiques de l’électron sont les suivantes :
- n peut prendre les valeurs entières de 1 à infini.
- l peut prendre les valeurs entières de 0 à N-1.
- m peut prendre les valeurs entières de -ℓ à ℓ.
- s peut prendre les valeurs de +1/2 ou -1/2.
Les orbitales sont classées en quatre types principaux, en fonction de la valeur de ℓ :
s : orbitales sphériques, qui ont une forme sphérique.
p : orbitales planaires, qui ont une forme de 8.
d : orbitales en forme de tambour, qui ont une forme de 8 avec un nœud.
f : orbitales complexes, qui ont une forme de 8 avec plusieurs nœuds.
Le nombre d’électrons qui peuvent occuper une orbitale est déterminé par la règle de Pauli, qui stipule que deux électrons ne peuvent jamais avoir tous leurs nombres quantiques égaux.
La représentation quantique de l’atome a permis de comprendre de nombreux aspects de la chimie, notamment la structure des atomes, les liaisons chimiques et les propriétés des éléments.
Représentation quantique de l’atome d’hydrogène en niveau d’énergie
L’atome d’hydrogène est le plus simple des atomes, car il ne possède qu’un seul électron. La représentation quantique de l’atome d’hydrogène en niveau d’énergie est représentée par le diagramme suivant :
Les niveaux d’énergie sont représentés par des cercles, et les orbitales sont représentées par des lignes. Les électrons de l’atome d’hydrogène peuvent se trouver dans n’importe quel niveau d’énergie, mais ils ont tendance à occuper les niveaux d’énergie les plus bas.
Dans l’atome d’hydrogène, le niveau d’énergie le plus bas est le niveau 1s. Ce niveau peut contenir un maximum de deux électrons. Si l’atome d’hydrogène ne possède qu’un seul électron, cet électron va se trouver dans le niveau 1s.
L’énergie des électrons augmente à mesure que le niveau d’énergie augmente. Par conséquent, les électrons du niveau 2s ont plus d’énergie que les électrons du niveau 1s.
Les électrons peuvent changer de niveau d’énergie en absorbant ou en émettant de l’énergie. Si un électron absorbe de l’énergie, il passe à un niveau d’énergie plus élevé. Si un électron émet de l’énergie, il passe à un niveau d’énergie plus bas.
Le diagramme de niveaux d’énergie de l’atome d’hydrogène est un outil important pour comprendre la chimie de l’hydrogène. Il permet de prédire la stabilité de l’atome d’hydrogène et la probabilité de réaction de l’hydrogène avec d’autres éléments.
Représentation quantique de l’atome de carbone en niveau d’énergie
Le carbone est un élément chimique de numéro atomique 6. Il a donc 6 électrons, qui sont organisés en trois couches électroniques.
La première couche électronique, appelée couche K, peut contenir un maximum de 2 électrons. Le carbone a donc deux électrons dans la couche K, qui sont tous deux dans l’orbitale 1s.
La deuxième couche électronique, appelée couche L, peut contenir un maximum de 8 électrons. Le carbone a quatre électrons dans la couche L, qui sont tous deux dans l’orbitale 2s et deux dans l’orbitale 2p.
La troisième couche électronique, appelée couche M, est vide, car le carbone ne possède que 6 électrons.
Le diagramme de niveaux d’énergie de l’atome de carbone est représenté par le diagramme suivant :
Les orbitales s sont représentées par des lignes, et les orbitales p sont représentées par des flèches. Les électrons de l’atome de carbone ont tendance à occuper les niveaux d’énergie les plus bas, et les orbitales les plus sphériques.
Dans l’atome de carbone, les électrons les plus innervés sont les électrons de la couche K, qui sont dans l’orbitale 1s. Ces électrons sont très stables et ne participent pas aux liaisons chimiques.
Les électrons les plus externes sont les électrons de la couche L, qui sont dans les orbitales 2s et 2p. Ces électrons sont moins stables et participent aux liaisons chimiques.
La configuration électronique de l’atome de carbone est 1s² 2s² 2p².