Qu’est-ce que la configuration électronique ? Règles de remplissage des orbitales et écriture

Qu’est-ce que la configuration électronique ?

Une configuration électronique est une notation qui indique combien d’électrons se trouvent dans chaque couche et sous-couche d’un atome. La configuration du sodium s’écrit 1s²2s²2p⁶3s¹. Le premier nombre est le numéro de la couche, la lettre est la sous-couche, et l’exposant est le nombre d’électrons qu’elle contient. La somme des exposants (2 + 2 + 6 + 1 = 11) est égale au nombre total d’électrons de l’atome.

Ce simulateur montre les sous-couches de 1s à 4s. Dans les 20 premiers éléments, aucun électron n’entre dans les sous-couches d et f.

Trois règles pour remplir les orbitales

1. Règle de Klechkowski (principe de construction) : les électrons remplissent d’abord les orbitales de plus basse énergie : 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d.
2. Principe d’exclusion de Pauli : une orbitale contient au maximum 2 électrons, et ils ont des spins opposés (↑↓).
3. Règle de Hund : dans des orbitales de même énergie, les électrons se placent d’abord un par un, puis ils s’apparient.

Dans le potassium et le calcium, le 19e et le 20e électron vont dans 4s et non dans 3d, car 4s a une énergie plus basse que 3d.

Dans la notation abrégée, le symbole du gaz noble précédent remplace les électrons internes : le sodium s’écrit [Ne]3s¹ et le potassium [Ar]4s¹.

Comment utiliser le simulateur ?

1. Le simulateur s’ouvre sur le sodium. Utilise les boutons − et + de la partie ÉLÉMENT de la rangée du bas pour choisir un élément de numéro 1 à 20.
2. Dans le diagramme de gauche, chaque case carrée est une orbitale, et chaque flèche est un électron. L’énergie augmente quand tu montes le long de l’axe ÉNERGIE.
3. Le panneau de droite indique le nom de l’élément, le nombre d’électrons, la notation complète et la NOTATION ABRÉGÉE.
4. Sur un téléphone, fais défiler le panneau jusqu’à la partie ÉLECTRONS PAR COUCHE pour voir le nombre d’électrons de chaque couche. Pour le sodium, c’est 2, 8, 1.
5. Le bouton jaune de l’en-tête revient à l’hydrogène.

Exercices à essayer dans le simulateur

• Avec le bouton +, passe de l’azote à l’oxygène. Qu’est-ce qui change dans 2p ? Réponse : l’azote a une flèche ↑ dans chacune des trois cases, et l’oxygène ajoute une flèche ↓ dans la première case pour former une paire.
• Passe de l’argon au potassium. Où va le 19e électron ? Réponse : dans 4s, et la notation abrégée est [Ar]4s¹.
• Compare les notations abrégées du fluor et du chlore. Réponse : [He]2s²2p⁵ et [Ne]3s²3p⁵. Les deux ont 7 électrons sur la couche externe, donc ils sont dans le même groupe.

Erreurs fréquentes

• Oublier la règle de Hund. Écrire le 2p⁴ de l’oxygène sous la forme ↑↓ ↑↓ est faux. La forme correcte est ↑↓ ↑ ↑.
• Ne pas vérifier les exposants. À la fin, additionne les exposants et compare la somme avec le numéro atomique.
• Prendre le mauvais gaz noble. Utilise le gaz noble qui précède l’élément : [Ne] pour le chlore et [Ar] pour le potassium.

Le nombre d’électrons de la couche externe indique la position d’un élément. Pour voir ce lien, lis le guide des périodes et des groupes.

Sources

• Chemistry LibreTexts: Electron Configurations, How Electrons Occupy Orbitals
• Chemistry LibreTexts: Quantum-Mechanical Orbitals and Electron Configurations