[PDF] Constituants de la matière



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Répartition des électrons

Répartition des électrons en différentes couches, appelées K, L, M Répartition des électrons pour les éléments de Z compris entre 1 et 18 Dénombrer les électrons associés aux couches internes et les distinguer des électrons de la couche externe 2 Prérequis Constitution des atomes Numéro atomique Z 3



Répartition des électrons autour du noyau

Nous savons que les électrons en mouvement dans la sphère atomique forment le nuage électrique de l’atome La répartition des électrons dans le nuage n’est pas homogène, dans un modèle simplifié on peut considérer qu’ils se concentrent dans des couches appelés couche électroniques I Répartition des électrons autour du noyau 1



I-Comment se répartissent les électrons d’un atome ou d’un

La famille des alcalins : à l’exception de l’hydrogène, les éléments de la première colonne appartiennent à la famille des alcalins Dans la nature on les rencontre sous forme de cations monoatomiques M+, comme dans l’eau ou les eaux minérales Ils sont responsables du goût salé



Chapitre 12 : De la structure à la polarité dune entité chimique

Définition de la répartition des électrons dans les sous couche : La configuration électronique d’un atome à l’état fondamental décrit la répartition de ses électrons sur les différents sous-couches dans un ordre bien déterminé : 1 →2 →2 →3 →3 La sous couche contient au maximum 2 électrons



Chapitre 5 : Le cortège électronique de l’atome

La répartition des électrons en sous-couches se nomme la configuration électronique de l’atome La configuration électronique peut parfois être appelée la structure électronique Jusqu’à 18 électrons, les sous-couches se remplissent de manière suivante : 1????→ 2????→2????→3????→3????



Constituants de la matière

Etude de la structure interne de l'atome et des échanges d'énergies en sonsein Etude de la répartition des électrons autour du noyau et les conséquences de cette répartition sur les propriétés physico-chimiques deséléments Chimie générale et précisément la chimie descriptive Objectifs:



1) La liaison covalente localisée : le modèle de Lewis

La représentation (ou formule) de Lewis est un schéma plan, visualisant la répartition des électrons de valence des différents atomes dans l’édifice considéré ; c’est donc un mode de description bidimensionnelle Elle ne représente pas la disposition spatiale des atomes de l’édifice

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L'ensemble de la matière de l'univers, vivante ou inerte, est constitué de particules appelées atomes. L'atome comprend : un noyau et des électrons en mouvement rapide autour de ce noyau. Cette représentation ressemble aux planètes du système solaire en mouvement autour du Soleil.ProtonNeutronElectronConstituants de la matière

AtomistiqueBEtudedelacompositiondel'atomeainsiquedeleurspropriétés.BEtudedelastructureinternedel'atomeetdeséchangesd'énergiesensonsein.BEtudedelarépartitiondesélectronsautourdunoyauetlesconséquencesdecetterépartitionsurlespropriétésphysico-chimiquesdeséléments.Chimie générale et précisément la chimie descriptiveDéfinition:

Cours d'atomistique Chapitre 1: Constituants de l'atomeChapitre 2: Noyau atomique et radioactivitéChapitre 3: Structure électronique des atomesChapitre 4: Classification périodique des élémentsChapitre 5: Liaisons chimiques et géométrie des moléculesMme Ouafa TAHIRI ALAOUI

Constituants de l'atome

Un peu d'histoire sur la découverte de l'atome et ses constituants !

Démocrite (460 av. J.-C. 370 av. J.-C.)Découverte des atomes = atomosCitation de Démocrite : "Sitoutcorpsestdivisibleàl'infini,dedeuxchosesl'une:ouilneresterarienouilresteraquelquechose.Danslepremiercaslamatièren'auraitqu'uneexistencevirtuelle,danslesecondcasonseposelaquestion:quereste-t-il?Laréponselapluslogique,c'estl'existenced'élémentsréels,indivisiblesetinsécablesappelésdoncatomes".La matière ne peut pas être divisée infiniment. Les plus petites choses que l'on obtient sont des entités insécables: les "atomos idea»

Démocrite (460 av. J.-C. 370 av. J.-C.)Découverte des atomes = atomosDémocritepensaitquelamatièreétaitconstituéed'atomes,depetitesparticulesindivisibles,infinimentpetitesetséparéesparduvide.C'estlathéorieatomiste.D'aprèslemodèledeDémocrite,lesatomessonttousidentiques.Cequidistingueunesubstanced'uneautreestl'arrangementdesatomes.Mais Démocrite n'a aucune preuve expérimentale et sa démarche n'est que philosophique.

Lesgrecontdit...Lamatièreestcontinue,pasdevide,pasd'atomesLa matière est formée de 4 éléments:L'aireLa terreLe feuL'eauAristote 384 -322 av. J-C.

Antoine Lavoisier (1743-1794)Loi de la conservation de la matièreRien ne se perd, rien ne se crée tout se transforme Il montre que la masse se conserve au cours d'une réaction chimique en accord avec la théorie atomiste.Développe une théorie des éléments chimiques.1790 : La théorie des éléments chimiquesLa chimie devient une science

John Dalton (1766-1844)Découverte des molécules1-Lamatièreestcomposéed'atomessousformedesphèrepleine,indivisibleetindestructible.2-Lesatomesd'unmêmeélémentssontidentiques3-Lesatomesd'élémentsdifférentsontdesmassesetdestaillesdifférentes4-Ilestimpossibledetransformerlesatomesd'unélémentenceuxd'unautreélément.5-Uncomposéestunecombinaisonspécifiqued'atomesd'élémentsd'espècedifférente.6-Dansuneréactionchimique,lesatomeschangentdepartenairespourproduiredescorpsnouveaux.Ressort la théorie de Démocrite de l'oubli :Il a confirmé la théorie de Démocrite

40 000 voltsVers la pompe à vide+Cathode Anode++Découverte des électronsBLesfaisceauxdechargesélectriques,quivoyagentdelacathodeàl'anode,sontappelésrayonscathodiques.BLatrajectoiredesrayonsestrectiligne,etestperpendiculaireàlasurfacedelacathode.Joseph John Thomson (1856-1940)--Rayons cathodiques

40 000 voltsVers la pompe à vide+CathodeAnodeNSDécouverte des électrons++--

40 000 voltsVers la pompe à vide+Cathode Anode(+)(-)(-)(-)(-)10 volts+Découverte des électrons++--

BLesrayonscathodiquessontdéviésparunchampmagnétique(unaimant)ouélectriqueB1887:J.J.Thomsonétablitquelesrayonscathodiquesémislorsquel'onsoumetungazsousbassepressionàunefortedifférencedepotentielsontconstituésdeparticuleschargéesnégativementarrachéesàlamatière,etdécouvreainsil'électron;c'estlapremièredécompositiondel'atome.Joseph John Thomson (1856-1940)Découverte des électrons

Joseph John Thomson (1856-1940): Découverte des électronsSchématisation du plum-pudding

L'atome selon Thomson

Ernest Rutherford (1871-1937)1913: Découverte des protons

Comment doivent se comporter les particules alpha selon le modèle de ThomsonParticule alpha :Deux protons liés ensemble (noyau d'hélium)Résultat auquel s'attendait Rutherford selon le modèle de Thomson++

Résultats de l'expérienceObservationsBla quasi totalité des particules ne sont pas déviées;Bun petit nombre de particule sont déviées avec de grands angles.Conclusion BLa charge n'est pas répartie uniformément!

Le modèle de RutherfordBL'atomeestcomposéenmajeurepartiedevideBLamassedel'atomeestconcentréedanslenoyauBLesparticulesdechargepositivesontappeléesprotonsetcomposentlenoyauBLesélectronsdemassenégligeableetorbitentautourdunoyauunpeucommedesplanètesautourdusoleilBLeurchargeélectriqueestégaleàcelledesprotons,maisdesignecontraire(négatif),cequifaitquel'atomeestglobalementneutre

L'atome selon RutherfordModèle lacunaire

Les protons et les neutronsLesexpériencesquiontmenéàlaconceptionnucléairedel'atomeontégalementpermisdedéterminerlenombredechargespositivesd'unnoyau.Rutherfordpensaitqueceschargesétaientportéespardesparticulesappeléesprotonsetquelacharged'unprotonétaitl'unitéfondamentaledechargepositive;ilavaitraison.Parlasuite,lenombredeprotonsdechaqueatomeapermisdeclarifierlanotiondenuméroatomique.Ons'estégalementrenducomptequesitouslesprotonsontlamêmemasse,lenombredeprotonsn'estpassuffisantpourexpliquerlamassed'unatome.Onadoncfaitl'hypothèsequelenoyauatomiquecontientégalementdesparticulesdemassesemblableauproton,maisquineportentpasdechargeélectrique,lesneutrons.

James Chadwick (1891-1974)Découverte des neutronsEn1930 , Bothe et Becker bombardent du Béryllium avec des particules .Un rayonnement est émis.Le physicien anglais Chadwick en 1932 démontre que ce rayon est constitué de particules neutresCe sont les neutrons qui empêchent l'éclatement du noyau et qui le conserventstable!

Caractéristiques de l'atome

Noyaur = 1014m Atome+Electrons (-)|e|=1,6.1019Cme= 9,1.1031kgr =1010m (1 Å)Caractéristiques de l'atome

Noyaur = 1014 m Atome+Electrons (-)|e|=1,6.1019 CProtons (Z) + Neutrons(+) Nulleme= 9,1.1031kgmp= 1,673.1027kgmn= 1,675.1027kgmnmp= 1836 mer =1010m (1 Å)Nucléons = ACharge de l'atome = Charge des électrons + charge des protons0 = -Z + ZCaractéristiques de l'atome

Noyaur =1014m Atome+Electrons (-)|e|=1,6.1019 CProtons (Z) + Neutrons(+) Nulleme= 9,1.1031kgr =1010m (1 Å)Caractéristiques de l'atomedNeutronProtonQuarks : up, down

1MeV = 106eV = 1,602.10-13J

Caractéristiques de l'atomeBNombre de charge ou numéro atomique= Z (proton)Nombre d'électron pour un atome neutreBNombre de masse= A (nucléon)Ces deux nombres permettent de connaître complètement la composition du noyauBNotation d'un atomeUn élément chimique (X) est complètement défini par Z, le numéro atomiqueIons q 0. Nb électrons E = Z qqAqAZXou XA = Z + N

Exempled'application 1 : Calculer le nombre de protons et de neutrons des atomes suivants :BLe carbone: 6C. BLe fer: 26Fe.BL'hydrogène: 1HBZirconium : 40ZrBCobalt : 20Co125619139

BIsotopes:Lesisotopessontlesatomesd'unmêmeélémentchimiqueXdontlesnoyauxrenfermentlemêmenombredeprotons(mêmenuméroatomique)maisdesnombresdeneutronsdifférents(nombresdemassedifférents).Caractéristiques de l'atome*Exemplesisotopesnaturels:onpeutciterl'Hydrogène(1proton)etleDeutérium(1proton/1neutron;atomeprésentdansl'eaulourde)ouencoreleTritium(1proton/2neutrons).*Exemplesisotopesartificiels:cesisotopessontobtenusenbombardantdesnoyauxd'atomesstablesavecdesparticulesappropriées.C'estparexemplelecasdel'Iode123(radioactif)obtenuàpartirdel'Iode127(stable).Engénéral,laplupartdesisotopesartificielssontradioactifs.(Hydrogène), (Deutérium) et (Tritium) sont les isotopes de l'hydrogène

BIsotopesEx :13153I (78 neutrons) = radioactif12353I (70 neutrons) = radioactif12753I (74 neutrons) = stableBIsobares =atomes de nombres de masse identiquesBIsotones =atomes de nombres de neutrons identiquesCaractéristiques de l'atome

Caractéristiques de l'atomeExemple : Le carbone comporte trois isotopes naturelsElément chimiqueIsotopesNbrede masseNuméro atomique (Z)Nbrede neutrons121314666 678BMasse atomique :La masse atomique d'un élément chimique est la moyenne des masses atomiques de ses isotopes multipliées par leur abondance relatives xi (ou pourcentage).

) =et m (= 34,97g/mol, m (= 36,97g/molTest : Exempled'application 1 : Lecuivrenaturelestcomposédedeuxisotopesstablesdemassesatomiquesrespectives62,929et64,927.LenuméroatomiqueducuivreestZ=29.Indiquerlacompositiondesdeuxisotopes.1.Undesisotopespossède29neutronset34protons,l'autreisotopepossède29protonset34neutrons2.Undesisotopespossède29protonset34neutrons,l'autreisotopepossède29protonset36neutrons3.Undesisotopespossède30protonset33neutrons,l'autreisotopepossède29protonset36neutrons4.Undesisotopespossède29protonset35neutrons,l'autreisotopepossède29protonset37neutrons

Intronrtducidont àlardusdhumn qdh

Lenrsdsdimo qD hlnl àsdiémn qdmlàhlardsdidrthDt DtlcnchfLenrsdsdimhntronrtdlàndtàdsdiémn qddnsdhcoOmàbdhsécàdtbldhdàh àhdlàfLenrsdsdimtcDmtnlnl àsdhcidont àhmrn rtsrà jmrdnidho àhcardàodhsdodnndtcDmtnlnl àhrtidhDt DtlcnchDOjhlo poOlqlardhsdhcicqdànhfFOlqldubcàctmidudnuDtcolhcqdànuimuoOlqldusdhotlDnl'dgzèdonlLhvu

: sEidhusduimuhntronrtdusdhumn qdh : sEiduoimhhlardu

xrdiidunOc tlduoO lhltuD rtucnrsldturàumn qdu-u+rhar=mrimLlàsr()Eqd. àrnlilhmlnimqcomàlardoimhhlard.nOc tldmàoldààdntEhh ilsdD r'mànDtc' ltidq r'dqdànsdhhjhnEqdhdàL àonl àsdhL todhar= àidrtLmlnhrzltf: sEidsd1rnOdtL ts' jmrusmàhuidardiudhnuo àodàntcdun rnduimuqmhhdusduiémn qdudnumrn rtusrardiubtm'lndànusdhucidont àhu•muhnmzlilncuqcomàlardusru2uo qDdàhmnl àusdhu;muDmtuidhu;osrdhu2uimut nmnl àusdhucidont àhumrn rtusruà jmru•ém'mànmbdusduoduq sEiduoédhnuaréliuàduLmlnumDDdiuarémr3ui lhusduimuqcomàlarduoimhhlardu

(Nu•duhjhnEqdudhnuhnmziduDmtuidhusdr3uL todhvuuodàntlLrbdMmnntmonl à224reFap=rmvFc2=Le système est en équilibre si : Fa=Fcc.à.d: rmv2224rep=(1)CNuuF àhdt'mnl àusdui=càdtblduvueHueolàcnlardu4ueD ndànldiiddue à l'attraction du noyaurep42D'autres part : ==221mVEcrep82Donc : EcEpE=reEp82=(2)On a: E dépend de rÇa correspond pas à la réalité expérimentale

7BoOdousruq sEidusdu1rnOdtL ts

Wzh tDnl àudnucqlhhl àuWzh tDnl àBqlhhl àu

LemodèleplanétairedeRutherford(classique)estincapabled'expliquerlaprésenced'unspectrediscontinu,ilprévoitquel'énergielumineuseémisevariedefaçoncontinue,maislespectredel'hydrogèneestdiscontinu.Dansledomainedelalumièrevisible,cespectreestconstituéde4raies•munOc tlducidont qmbàcnlardud3lbduarduiécidont àutmj ààdusdhu àsdhucidont qmbàcnlardh.us àouliu'muDdtstdusduiécàdtbldudnuLlàltmlnuDmtun qzdtuhrtuiduà jmreàdtblduirqlàdrhducqlhdu'mtldusduLmS àuo ànlàrdFdhusdr3uo àoirhl àhuh ànudàuo àntmslonl àum'douiéd3DctldàodRàhrLLlhmàodusruq sEidusdu1rnOdtL tsLe modèle de Rutherford souffrait de sérieuses faiblesses que la physique classique ne parvenait pas à corriger.

D'aprèslaphysiqueclassique,un"modèleplanétaire»danslequellesélectronssontenorbitesautourdunoyauestmécaniquementstablemaisselonlathéoriedeMaxwell,unélectronenaccélération(mêmecentripète)émetunrayonnement.Àcausedelaperted'énergiecorrespondante,l'électrondevraittombersurlenoyauen10-8s,suivantunespirale.10Pt ziEqduvu•duhDdontdumn qlardu

Pt ziEqduvui=dLLdnuPO n cidontlardLDes électrons sont éjectés de certains métaux lorsque ceux ci sont éclairés !LInterprétationclassique:résonanceentrel'oscillationdel'ondedelumièreetuneoscillation(hypothétique)desélectrons.Maisalorssionaugmentel'intensitédel'ondelesélectronsdevraientêtreéjectésplusfacilement.

e3Dilomnl àusdui=dLLdnuDO n cidontlarduVelàhndlàu()G"NLSilephotonestuneparticuleilentreencollisionaveclesélectronsdanslemétal.Sisonénergieestsuffisammentfortepoursurpasserl'énergiedeliaisondel'électron,celuiciseraarraché(effetdeseuil).LCommel'énergieduphotondépenddesafréquenced'aprèslaformuledePlanck,ilestnormalquel'énergiecinétiquedel'électronarrachéaugmenteaveclafréquenceLOnobtientl'équationsimplepourl'énergiecinétiquedel'électron:Ecin= h-Eextraction

eLLdnuDO n cidontlarduVelàhndlàu()G"N

LUnelampeàhydrogèneestuntubecathodiquedanslequellegazrésiduelestdel'hydrogènemaintenuàbassepression.LEnenvoyantunedéchargeélectriquedansletube,unepartiedesatomesd'hydrogèneacquièrentdel'énergie(sontexcités)enentrantencollisionaveclesrayonscathodiques(électrons).LLesatomesexcitéslibèrentdel'énergie(relaxent)sousformedelumière.LSionfaitpassercettelumièredansunprisme,onobtientd'étroitesraiesdecouleur;c'estlespectrederaies.Ptdr'dusduimuslho ànlàrlncusdui=càdtbldusdui=mn qdus=Ojst bEàd

Spectre d'émission de l'atome H constitué de 4 raies(410, 434, 486 et 656nm)Ptdr'dusduimuslho ànlàrlncusdui=càdtbldusdui=mn qdus=Ojst bEàdHaHbHgHd656.3486.1434.1410.2(nm)Spectre de l'hydrogèneCesraiesontl'avantaged'êtrenaturellementgroupéesenséries;cequiafacilitéleuranalyse.Quandonanalyselaplaque,elleportequatreraiessituéesdansledomaineduvisible.(410,434,486et656nm)

•duhDdontduslho ànlàru yuiduhDdontdusdutmldhLes éléments (atomes) possèdent un spectre caractéristique à chacun, qui se présente comme spectre discontinu, ou un hDdontdusdutmldh.

Ptdr'dusduimuslho ànlàrlncusdui=càdtbldusdui=mn qdus=Ojst bEàdCOAlSiKrIXelRAbNiKaBHBLRbXFlHMgbSiKPGXeNlMsbnn

T T

* Balmer (1885) établit la relation suivante:* Ritz a généralisé la formule de Balmer: RH: constante de Rydberg = 109677,6 cm-1m: entier naturel m = 3, 4, 5 0s: nombre d5onde; tqridusduAmiqdtudnu1ln*Découverte de la sérieNom de la sérieNiveau final nRaie limite1906Lyman1911885Balmer2364,3 nm1908Paschen38201922Brackett41460A la fin du XIXesiècle, Balmer parvint à établir une formule empirique qui fournissait la longueur d'onde des raies du spectre de l'atome d'hydrogène connues à l'époque.

RH: constante de Rydberg = 109677,6 cm-1m: entier naturel m = 3, 4, 5 0s: nombre d5ondeLSérie de Lymann : n = 1 et p>1 (p = 2,3...,∞) LSérie de Balmer : n = 2 et p>2 (p = 3,4...,∞) LSérie de Paschen : n = 3 et p>3 (p = 4,5...,∞) LSérie de Brachett : n = 4 et p>4 (p = 5,6...,∞) LSérie de Pfund : n = 5 et p>5 (p = 6,7...,∞) ; tqridusdu1ln*

: sEiduarmànlardu

Max Planck (1858-1947) Delaphysiqueclassiqueàlathéoriedesquantas,lesmodèlesclassiquessontinsuffisantspourexpliquer:LStabilitéatomiqueIlfallutbeaucoupdetempspourcomprendrequelesloisclassiquesdelaphysique(newtonienne)nes'appliquaientpaspourexpliquerlesphénomènesintramoléculairesLes atomes et molécules émettent ou absorbent de l'énergie que par multiples entiers d'une quantité minimale d'énergie appelée quantum.()GGuvu:m3uPimào,uq àntduimuarmànlLlomnl àusdhucoOmàbdhusécàdtbldusmàhuimuqmnlEtd•duDO n àuvuràduDmtnloridusduirqlEtd

•duarmànrqLLa plus petite quantité d'énergie qu'un atome peut absorber ou émettre est appelée armànrq, et elle est donnée par=hELIlintroduitlaconstantedeproportionnalité"h»:constantedePlanckh=6,6210-34JsLDonc,l'hypothèsequantiquesuggèrequel'énergied'unrayonnementabsorbéeouémiseuniquementparquantaouparqrinlDidhdànldthd'unquantum.LDonc,danscettethéorie,l'énergievariedefaçonslho ànlàrd.Partant de la théorie de Planck, chaque photon avait une quantité d'énergieest la fréquence de la lumière utilisée.LMaxPlanckintroduitl'idéedephotondanssonétudethéoriqueducorpsnoir.Chaquephotontransporteuneénergieproportionnelleàlafréquencedel'ondearlirldhnmhh olcd.

Niels Bohr (1885-1962)L1923:NielsBohrréunitlesconceptsdePlancketdeRutherford:lesorbitesdesélectronsontdesrayonsdéfinis.L'énergiequepeutprendrelesélectronssontquantifiés.LNeilsBohr(1885-1962)estsansdoutel'undessavantslesplusinfluentsduXXesiècle,surtoutenphysiquequantique.En1922,ilsevoyaitdécernerleprixNobeldephysiquepoursestravauxsurlastructuredel'atome.'dlihuA Otu2uimutdho rhhdàuq sEiduo ttdonuàcodhhlndusduà r'diidhulscdhfu

P hnrimnhusduA Ot

•duDtdqldtuD hnrimnusduA OtLDansl'atome,lenoyauestimmobile,l'électrondemassemnepeutsetrouverquesurdesorbitesprivilégiéessansémettredel'énergie;onlesappelle"orbitesstationnaires".

•duhdo àsuD hnrimnusduA OtÉmission d'un rayonnement seulement si l'électron passe d'une orbite permise supérieure à une orbite permise inférieure.h= Ei-Efoù, hest la constante de Planck et Eiet Efreprésentent l'énergie initiale (i) et l'énergie finale (f).

•dunt lhlEqduD hnrimnusduA OtLemomentcinétiquedel'électronnepeutprendrequedesvaleursentièresmultiplesde p2 nhnmvrl===(n = 1, 2, 3, 4...)xrmànlLlomnl àusruq qdànuolàcnlardu

Niels Bohr123,Rbi4RlSnlBNb

F àhdt'mnl àusruq qdànusduimuarmànlncusduq r'dqdànvMoment angulaire : m.v.r = constantjD nOEhdusduA Otuuvuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuoù n=1, 2, 3...22)2()(2pphnmvrhnmvr=B=2222)2(phmrnmv=Donc : (3)En égalant (1) et (3) on aura :222emhnrp=(4)C'est la rayon de l'orbite ou circule l'électron;Il est quantifié •duq sEidusduA Otusduiémn qduséOjst bEàdrmv2224rep=(1)

1ch irnl àusruDt ziEqdv222emhnrp=reEp82=(4)(2)Si on remplace (4) dans (2), on obtient : 82224nhmeE=(5)L'énergie totale d'un électron est donc discrète ou quantifiéeLPour n = 1 (état fondamental : l'électron occupe l'orbite de rayon r1et d'énergie E1) r1= 5,29.10-11m = 0,529 Å (1Å = 10-10m) E1= -21,78.10-19j = -13,6 eV (1eV = 1,6.10-19j) LPour n = 2 ( Premier état excité ) r2= 4r1= 2,116 Å et E2= E1/4 = -3,4 eVLPour n = 3 ( Deuxième état excité ) r3= 9r1= 4,761 Å et E2= -1,51 eV •duq sEidusduA Otusduiémn qduséOjst bEàd

H ---> H++ 1e-ionisation de l'atome d'hydrogène E = E∞-E1= 13,6 eV avec E∞= 0eàdtbldus=l àlhmnl àLepotentield'ionisationouénergied'ionisationd'unatomeestl'énergiequ'ilfautfourniràunatomeneutrepourarracherunélectron(lemoinslié)àl'étatgazeuxetformerunionpositif.LPour n = iE= 0 eV

eàuo àoirhl àv(Nmnrnrn1021210.5297,0..==n=1, 2, 3, ...CNjnnEEn1922010757,21==•duq sEidusduA Otusduiémn qduséOjst bEàd

Le passage de l'électron d'un niveau n1à un niveau n2s'accompagne d'une variation de l'énergie de l'atome;Si n2n1, l'atome absorbe de l'énergie et aE = E2 -E10Si n2n1, l'atome émet de l'énergie et aE = E2 -E10Et dans les deux cas:IDdontdusdutmj ààdqdànusdui=mn qdus=Ojst bEàdMais la fréquence de la lumière absorbée ou émise est liée la variation de l'énergie. D'après la relation de Planck et d'Einstein, on a: Le nombre d'onde s= 1/(cm-1), on obtient la formule de Ritz:On reconnait là la formule donnant les spectres de l'atome d'hydrogène où RHest la constante de Rydberg pour l'atome de l'hydrogène:

Ce sont des ions qui ne possèdent qu'un seul électron. Exemple : He (Z=2) -------> He+(1e-et 2p) Li (Z=3) -------> Li2+(1e-et 3p) He+et Li2+sont des ions hydrogènoïdes. Leurs énergie totale s'écrit :Avec E1= -13,6 eV , l'énergie de l'atome d'hydrogène à l'état fondamental.Le rayon d'une orbite de rang n d'un ion hydrogènoïde est : ou encore avec r1= 0,529 Å ,étant le rayon de l'atome d'hydrogène à l'état fondamental.càctmilhmnl àumr3ul àhuOjst bEà sdh 8 E222422TnhmenZ= E221TnZE=2220emhZnrp=Znrr21=

Quelle est la longueur d'onde émise lorsqu'un électron passe du niveau initial àlHuau niveau final àLHuC? :nm 656 (eV) 89,1nm 1240 ===EhcSolutionIci E= E2-E3 = -3,40 -(-1,51 eV) = -1,89 eVAlors:(Soit la raie Ha)e3dtolod

àdusdhutmldhusduAmiqdtuD rtui=mn qdus=Ojst bEàdLQuelleestl'énergielibéréeparunatomed'hydrogèneinitialementàl'étatn=4,lorsqu'ilsedésexciteselonlasériedeBalmer?(àexprimereneVenenJ)RH:constantedeRydberg=109677,6cm-1LQuelleestalorslalongueurd'ondedelalumièreémise?(àexprimerenm,µm,Å)LEst-ellevisible?e3dtolod

IntronrtduLlàdusdui=Ojst bEàdDepuis 1887 (Michelson et Morley), on connaissait une structure fine de la raie Ha. Aucune transition du modèle de Bohr ne peut expliquer cette présence !A OtudàuslLLlorinc

Puisquelalumièrequel'onprenaitpouruneondeestaussiuneparticule,pourquoilesparticulesconnuesn'auraientellespasdescomportementsd'onde?• rlhplon tusduAt bilduV()Cp()N•dhud3DctldàodhusduslLLtmonl à.utcLtmonl àudnutcLid3l àuq àntdànuarduiécidont àuD hhEsduidhuomtmonctlhnlardhuséràdu àsdfu•écidont àdhnràdDmtnloridmr3omtmonctlhnlardh àsrimn ltdhf•=gàsdeidont qmbàcnlardhdhnràd àsdmr3omtmonctlhnlardho tDrhorimltdhvdLLdnDO n cidontlardfC'est la dualité onde / corpuscule.

iigiKFRlSMsXiiAiiKBSHnbBSXgiiAiiAiiigigiiAiiigii4Le photon doit obéir simultanément à deux lois : iiiiAiiig

rmilncu àsdupo tDrhoriduvuP hnrimnusduAt bild1923: A toute particule (corpuscule) de masse m et de vitesse v est associée une onde de longueur d'onde λ. On applique ainsi à la matière (exemple : un électron) le caractère combiné d'onde et de particule. La longueur d'onde est déterminée par imutdimnl àusduduAt bilduhécotlnuvuλ : longueur d'onde h : constante de Planck mv : quantité de mouvement Aspect ondulatoire de la matière Aspect corpusculaire de la matière A l'échelle macroscopique ces ondes de De Broglie n'interviennent pas.En revanche les particules de très petite dimensions électrons -protons -atomes -molécules etc présentent bien un comportement ondulatoire.

Il est impossible de définir avec précision à la fois la position et la vitesse d'une particule. Cela se traduit par la relation :x : incertitude sur la position px = mv : incertitude sur la quantité de mouvementPtlàolDdusélàodtnlnrsdusédlhdàzdtbuSi en mécanique classique, il est possible de déterminer simultanément la vitesse et la position d'une particule en mouvement, ceci n'est pas possible en mécanique ondulatoire.CetterelationétablieparHeisenbergestconnusouslenomdeprinciped'incertitude,ellejustifiel'utilisationdefonctionsd'ondepourdécrirelastructureélectroniquedel'atome.•dhucidont àhuàduh ànuDmhuhrtusdhu tzlndhumruhdàhusduA Otf

A toute particule se trouvant à l'instant t au point M de coordonnées (x,y,z), on associe une fonction d'onde (x,y,z,t) qui est une fonction réelle, complexe, positive, négative ou nulle, ; àonl àhus= àsdLe caractère ondulatoire de l'électron se décrit par une L àonl àusé àsd

=2pqpq NNq = pq = 0= 0= 2pr = 0r = ∞

m : projeté orthogonal de M dans le plan [xOy] (plan équatorial)Om = r.sinqxzyqM (x,y,z)rx = r.sinq.cosy = r.sinq.sinz = r.cosqr R [0, [q R [0, ] (co-latitude) R [0, 2] (longitude)OmIjqcntlduhDOctlard(r,q,) On écrit la fonction d'onde sous la forme

A toute particule se trouvant à l'instant t au point M de coordonnées (x,y,z), on associe une fonction d'onde (x,y,z,t) qui est une fonction réelle, complexe, positive, négative ou nulle, •=cidont àuàduD hhEsduDmhusduntmèdon ltd.Seule sa probabilité de présence Cest mesurable. Le carré de son module représente la probabilité de présence de la particule dans un élément de volume dv = dx.dy.dz:KX3 = 4bnBniRAbSni3bia2RAb3iNHBSq3N3q3' nl àusduimuDt zmzlilncusduDtchdàodu

On dit que la fonction d'onde est normée. En mécanique quantique, la notion de la trajectoire n'existe plus pour l'électron. eiidudhnutdqDimocduDmtuimuà nl àusduDt zmzlilncusduDtchdàodfCela amène à abandonner la notion de trajectoire (orbite) précise de l'électron autours du noyau et de la substituer par la notion d'orbitale atomique (OA): région de l'espace, définie par la fonction mathématique , où la particule a une probabilité de présence dP.....===espacel'tout 21),,(dxdydzzyxdPP' nl àusduimuDt zmzlilncusduDtchdàodu

Fmioriusduvu•=carmnl àusduIoOtslàbdtOndisposedeladéfinitionde,etdesapropriétéd'êtrenormée.Ilresteàencalculerl'expressionmathématique.Celasefaitgrâceàl'carmnl àsdIoOtslàbdt(1926),dontlarésolutionetledétailn'estpasauprogramme.( ).HE=Les termes en bleu sont les inconnues :Lla fonction d'onde Let son énergie E associéeCequiestconnuesti=Omqlin àldàHdusystème,quiestl'équivalentenmécaniquequantiquedei=càdtbldqcomàlard(sommedel'énergiecinétique+énergiepotentielledusystème:V)utiliséeenmécaniqueclassique.Le laplacien

' qztdhuarmànlardh

I irnl àusdui=carmnl àAu cours de la résolution de l'équation apparaissent 3 nombres quantiques entiers , plus un 4éme, lié au spin de l'électron.le nombre quantique principal : n (entier) n >0le nombre quantique orbital : l (entier) l R[0,n-1] le nombre quantique magnétique : m (entier)m R[-l,+l] le nombre quantique magnétique de spin ms= 4(notation s)ou p(q)Les solutions de l'équation sont appelées tzlnmidhumn qlardh(OA), dépendent des 3 premiers nombres quantiques et sont notées n,l,mLes énergies E associées àduscDdàsdànuardusduà, et on retrouve l'expression obtenue par l'exploitation des spectres d'émission.Une notation couramment utilisée pour nommer les OA se sert du tableaul01234...Notation origine spectroscopiquehsharpDprincipalsdiffusLfondamentalg...

n:nombrequantiqueprincipal(entierpositifetdifférentde0).Ildéfinitleniveaud'énergieoulacoucheélectronique.Ilestd'usagededésignercescouchesparleslettresK,L,M,Nlorsquenprendrespectivementlesvaleurs1,2,3,4,.....F qzlàmlh àhDdtqlhdhsdharmntdà qztdharmànlardhChaque électron d'un atome doit être caractérisé par une combinaison des quatre nombres quantiques à.ui.uqi.uqh

Intronrtducidont àlardusdhumn qdh

Dansl'hamiltonienH,l'énergiepotentiellecontientdestermesderépulsionsentrelesélectrons,etd'attractionentreélectronsetprotons.L'équationH=Enepeutêtrerésolueexactementquesiletermederépulsiondisparaît.C'estlecasdesatomesq à cidont àlardh(unseulélectron):hydrogèneethydrogénoïdesPourtouslesautresatomes(D ijcidont àlardh)larésolutionnepeutsefairequedemanièreapprochée.: ( ) .équation à résoudre H E = 

m : projeté orthogonal de M dans le plan [xOy] (plan équatorial)Om = r.sinqxzyqM (x,y,z)rx = r.sinq.cosy = r.sinq.sinz = r.cosqr R [0, [q R [0, ] (co-latitude) R [0, 2] (longitude)OmIjqcntlduhDOctlard(r,q,) On écrit la fonction d'onde sous la forme•=mn qdus=Ojst bEàdudàuqcomàlarduarmànlardu

(r,q,) s'écrit sous la forme (r,q,) = R(r).Y(q,) R(r ):fonction de la distance à l'origine= distance de l'électron au noyauKqXifonction de la direction dans laquelleon regarde(r,q,) dépend de 3 paramètres, ou encore à qztdhuarmànlardhuvuà.ui.uqn, l, m (r,q,) •=mn qdus=Ojst bEàdudàuqcomàlarduarmànlardu

earmnl àusduIoOtslàbdtWn qdhu2uDirhldrthucidont àhL'énergie cinétique sera la somme des énergies cinétiques des 2 électrons:Prenonslecasdel'atomed'héliumà2électrons:enconsidérantquelenoyauestfixe,notonsr1etr2etr12lesdistancesdes2électronsaunoyauetladistanceentreces2électrons.L'énergiepotentielledusystèmeestégaleà:e-r2r1r12e-noyau

Lapremièrehypothèsequenousavonsutilisée,consisteàconsidérerlenoyaucommeimmobile:c'estl'approximationBorn-Oppenheimer.Ladeuxièmehypothèseconsisteàserameneràunrésultatcommeceluideshydrogénoïdes.Raisonnonssurl'atomedel'He:chaqueélectronestsoumisàuneforceattractivedelapartdunoyaudecharge+2eetàuneforcederépulsiondelapartdel'autreélectrondecharge-e.onpeutremplacercesforcesparuneforceuniquedueàl'attractiondunoyausurl'électronmaislachargedunoyauétaitunechargefictive2-s.Onappellesconstanted'écran.1ch irnl àumDDt oOcd

Moyennantcetteapproximation,l'Hamiltoniens'écrit:Ici s1= s2constante d'écran relatives aux deux électrons.est la somme de 2 termes:L'Hamiltoenien 1 ne dépend que de l'électron 1 et l'Hamiltonien 2 ne dépend que de l'électron 2On a donc: 1ch irnl àumDDt oOcd

Nous sommes ramenées à la résolution du problème hydrogénoïde.D'une façon générale, pour un atome, de numéro atomique Z, la simplification consiste à dire que le potentiel auquel est soumis chaque électron est de type:En posant pour les énergies E = E1+ E2, on obtient facilement: c'est-à-dire que la fonction d'onde (1,2) apparait comme le produit (1) d'une fonction qui ne dépend que de l'électron 1 par (2) qui ne dépend que de l'électron 2.Ceci conduit à poser(1,2) =(1)(2) Z*s'appelle la charge nucléaire fictive, sest la constante d'écran de l'électron.

eZeffRbMnN2SiRbMnN2SiRbMnN2SiS2Olconstante d'écran: sEidusdui=dLLdnus=cotmàs=ZZeff

eZeffRbMnN2SiRbMnN2SiRbMnN2SiS2OlRbMnN2SiiiS2OliHOHn,Abihydrogénoides=ZZeff effZ: sEidusdui=dLLdnus=cotmà

eZeffRbMnN2SiRbMnN2SiRbMnN2SiS2Olconstante d'écrandéterminée parN,RbHibA4BNBbH3biRlnbN: sEidusdui=dLLdnus=cotmàs=ZZeff

jDdusécqqdubt rDdbt rDdhuàp(bt rDdhuuàp(V(hNG.GVàh.àDNG."G."(.GGVàsN.uVàLNG."(.GG(.GGF àhnmàndus=cotmà1222p2s1s : B

1EbidhusduIimndtvud3dqDidu(Wn qdusduA tdsvu par électron 2pM2SnNBLnB2SHi3biH1222p2s1s : B40.2)35.0(2)85.0(2==sM2SnNBLnB2SHi3biH60.140.200.5eff===sZZ

svu par un électron 1sM2SnNBLnB2SHi3biH4M2SnNBLnB2SHi3biH1EbidhusduIimndtvud3dqDidu(Wn qdusduA td1222p2s1s : B30.0)00.0(3)30.0(1==s70.430.000.5eff===sZZ

1EbidhusduIimndtvud3dqDiduCWn qdusduI slrqsvu par électron 3sM2SnNBLnB2SHi3biH4M2SnNBLnB2SHi3biH1622s32p2s1s :Na80.88(0.85)2(1.00)σ==20.280.800.11eff===sZZ

svu par un électron 2pM2SnNBLnB2SHi3biH4M2SnNBLnB2SHi3biH1EbidhusduIimndtvud3dqDiduCWn qdusduI slrq15.47(0.35)2(0.85)σ ==85.615.411eff===sZZ1622s32p2s1s :Na

Lecalculmontrequel'énergienedépendpasseulementdunombrequantiquendel'électronenvisagé,maisaussidesonnombrequantiquesecondairel.Desortequepourtoutélectrondenombrequantiquen,l,l'énergieestdonnéepar:On constate que, par rapport au niveau de l'atome d'hydrogénoïde d'énergie En = -13,6.Z2/n2, il apparait des sous niveau d'énergie En,l. Alors que pour n = 2, par exemple, on aurait n2= 4 état donc 4 O.A. de même énergie. On obtient dans le cas de l'atome à plusieurs électrons 4 O.A. mais dont les énergies sont différentes (sous niveaux) on aura l'O.A. 2s d'une part et les 3 O.A. 2p d'autres part. les 3 O.A. 2p auront même énergie, mais cette énergie sera différente de celle de l'O.A. 2s. On dit que la dégénérescence de l'énergie est partiellement levée. C'est ainsi que les sous couches d'un même niveau n de ces atomes auront des énergies différentes, d'où le diagramme énergétique suivant:

Solution de l'équation : énergie des OA

Solution de l'équation : énergie des OA

gtzlnmidhumn qlardh

n(couche)l(sous-couche)mNotationCases quantiques1 (K)0 (s)01s1s 2 (L)0 (s)02s2s 2p1 (p)-13px02py12pz3 (M)0 (s)03s3s 3p 3d1 (p)-12px02py12pz2 (d)-23dxy-13dyz03dzx13dx²-y²23dz² Organisation du nuage électronique en couches, sous couches et orbitales atomiques

n,l,m (r,q,) = Rn,l(r).Yl,m(q,) 2.despace...=1Rn,l2(r).Yl,m2(q,).r2.sinq.dr.dq.d=02.=1q=0.r=0.Rn,l2(r).r2.dr.Yl,m2(q,).sinq.dq.d=02.=1q=0.r=0.doncSoit encore :Rn,l2(r).r2.drr=0.=1Yl,m2(q,).sinq.dq.d=02.=1q=0.La condition impose que :

enrsdusduimuDmtnldutmslmid' nl àusdusdàhlncusduDt zmzlilncutmslmiddP = ||2.d2.despace...=1Rn,l2(r).r2.drr=0.=1||2:sdàhlncusduDt zmzlilncsduDtchdàodde l'électronsdàhlncusduDt zmzlilncsduDtchdàodutmslmidde l'électronRn,l2(r).r2dPr=Rn,l2(r).r2.drdPd=2sdàhlncusduDt zmzlilncsduDtchdàodde l'électrondPrdr=Rn,l2(r).r2sdàhlncusduDt zmzlilncsduDtchdàodutmslmidde l'électron

)( rRnl )( 22rRr nl

àuHuC

àuHu

:m3lqrquD rtuimusdàhlncusduDt zmzlilncutmslmiddPrdr=Rn,l2(r).r2n = 1 :r = a0n = 2 :r ≈ 5 a0n = 3 :r ≈ 11 a0cLlàlnl à:le tmj àuséràduL àonl àuDt Dtdest le rayon demaximum de densité de probabilité de présence radialeLe rayon d'une fonction proprecroît avec ndépend peu de lPlus les électrons sont sur une couche élevée, plus ils sont loins du noyauenrsdusduimuDmtnldutmslmid

LapartietmslmidR(r)delafonctionproprepermettaitdevisualiser"iéd3ndàhl à"dunuageélectronique.La partie màbrimltdpermet de donner une idée des directions priviligiées pour la densité électroniqueiRiASbi34bS3i4lHi3biSiBNHRnlnHinN2aHialRlLRbHi42Nin2niSiRiAiRiAKiqXiiBSMbHHBni3binNlMbNi3bHi2SMnB2SibSiM24benrsdusduimuDmtnldumàbrimltd

1dDtchdànmnl àus=ràdu tzlnmidzp4zzyxSiHMgAlnBHbiRli2NAbi35SbiM2NLbi35BH23bSHBniRbMnN2SBbSilbMnbiliR2LbHi3bHHBSHiRbHiHBSbHi3biRli4lNnBbilSRlBNbiM2NNbH42S3lSnbi

SiiSiiSii1dDtchdànmnl àusdhu tzlnmidhuhhiHuG

1dDtchdànmnl àusdhu tzlnmidhuD tzlnmiduD* tzlnmiduDj tzlnmiduD3xyzxyzxyziHu(D

1dDtchdànmnl àusdhu tzlnmidhusiHuC

I irnl àusdui=carmnl àuvuL tqdudnuhjqcntldusdhuDtdqlEtdhugW I irnl àusdui=carmnl àuvuL tqdudnuhjqcntldus=mrntdhugW

e3dtolodus=mDDtdànlhhmbduà°CDonnerlesdésignationsdesorbitalesatomiquesquicorrespondentauxélectronscaractérisésparlesensemblessuivantsdenombresquantiques.a)n=3;l=0,ml=0;ms=+1/2.b)n=4;l=2;ml=2;ms=-1/2.e3dtolodus=mDDilomnl àuà°(Soitlesquatreélectrons(A,B,C,D)d'unmêmeatomedanssonétatfondamentalcaractérisésparlesnombresquantiquesci-après:ÉlectronA:n=4;l=1;ml=0;ms=+1/2B:n=3;l=2;ml=+1;ms=+1/2C:n=3;l=0;ml=-1;ms=-1/2D:n=2;l=2;ml=+1;ms=+1/2Préciserpourchaqueélectronlenomdel'orbitaleatomiquequil'abrite.Laquelle(lesquelles)descombinaisonsdesnombresquantiquesn'est(nesont)paspermises?

I irnl àusdui=carmnl àuvu•dhuDtdqlEtdhu tzlnmidhumn qlardhuVgWN202nE ZEn=nlmnotationénergie1001s-E0Z22002s1-12px-E0Z2/44 OA de même énergie02pz(4 OA dégénérées)12py3003s1-13px9 OA de même énergie03pz(9 OA dégénérées)13py-E0Z2/92-23dxy-13dyz03dz213dxz23dx2-y2Rappel : n=1,2,3... ; l=0,...,n-1 ; m = -l,...-1,0,1,...,l

F àLlbrtmnl àucidont àlardusdhumn qdh

1Ebidhus=cotlnrtdusduimuo àLlbrtmnl àucidont àlardusdhumn qdhMsdhul àhuq à mn qlardhL'écriture de la configuration électronique d'un atome est fondée sur un ensemble de règles et notationPtlàolDdus=d3oirhl àusduPmrilDans un atome, deux électrons ne peuvent avoir les quatre nombres quantiques identiques.La conséquence pratique de ce principe est qu'une OA, définie par (n,l,m), ne peut accueillir au maximum que deux électrons de spins opposés.e3dqDidhv1H: 1s1un électron célibataire2He: 1s2 deux électrons appariés (doublet d'électrons)Une couche électronique de rang n comprend àu tzlnmidhumn qlardhuet contient au maximum Càucidont àh. Ainsi, la capacité d'accueil maximale des sous couches ns, np, nd et nf est sduC.u.u(Gudnu(uélectrons, respectivement.ssq

1Ebidusduràsu rusduimuqrinlDilolncuqm3lqmidLarègledeHundpréconisequesilenombred'électronsestinsuffisantpourremplirentièrementlesorbitalesatomiquesd'unemêmesouscouche,onprocèdecommesuit:onoccuped'abordunnombremaximumd'orbitalesvidesparunélectrondespin+1/2.Parlasuite,danslamesuredesélectronsrestantsdisponibles,onajoutedanschaqueorbitaleunsecondélectrondespinopposé.sqsqsssqsqsq6C: 1 s22s22p2Et non pas

Pourquel'atomeaituneénergieminimale(étatfondamental),leremplissagedescouchesetdessouscouchesélectroniquesdoitsefairedansl'ordrecroissantde(n+l).Sicettevaleurestlamêmepourplusieurssouscouches,cellequialapluspetitevaleurdunombrequantiqueprincipal(n)estremplieenpremierlieu.1EbidusduidoO, h,jOn retrouve l'ordre des énergies en se déplaçant en diagonale et en commençant par la 1s

e3dtolodus=mDDtdànlhhmbduà°mNxrdiidudhn.uDmtqluidhuD hhlzlilnchuolpsdhh rh.uodiiduarluo ttdhD àsu2usdr3ucidont àhusmàhuràdu tzlnmidumn qlardusduàl'dmruàH-lmlms3-3+1/2et -1/200+1/21+1+1/2et -1/22-1+1/2 ou -1/21+2+1/2 et -1/2zNeotltduvzf(p•muo àLlbrtmnl àucidont àlardusdui=mn qdusduh rLLtdusmàhuh àucnmnuL àsmqdànmizfCp•muo àLlbrtmnl àucidont àlardusdui=mn qdusduh rLLtdusmàhuh àuDtdqldtucnmnud3olncfu

Bidont àhusdu'midàoduvsont les électrons de la couche de plus grand n + les électrons de la dernière sous-couche non pleine. Les autres sont les électrons de coeur : ils ne participent pas à la réactivité chimique de l'atome Fdtnmlàdhuo àLlbrtmnl àhucidont àlardhusdu'midàoduh ànuDirhuhnmzidhet conduisent à des anomalies de remplissage / règles énoncées: il s'agit de configurations présentant dans leur couche de valence une sous-couche pleine ou demi-pleine ( sauf s ) Conséquences: Cr(24) : 1s22s22p63s23p6hCsest en réalité 1s22s22p63s23p6h(s"Cu(29) : 1s22s22p63s23p6hCs)est en réalité1s22s22p63s23p6h(s(GLes propriétés périodiques comme l'énergie d'ionisation ou d'attachement électronique sont modulées par ces stabilités particulières de configuration :O ( 2s22p4) rO+( 2s22p3) est plus facile que prévu (crée une configuration plus stable ) , maisN ( 2s22p3) rN+( 2s22p2) est plus difficile que prévu ( détruit une configuration plus stable ) .... etc...

Intrrodoutcoi àlasoihomqeàheràanaDe cr

éfOtbnetqàlasoihomqeàheràanaDe cr

Lesélémentssontst jare noj er(périodes)parordrecroissantdenuméroatomiqueOnpasseàlanoj erqopt ceàchaquefoisqueleremplissaged'une iqpenneuiquFeaneucsi omqeuiDDe ue.Ilyaseptpériodesautotal(n=1;2;3;4;5;6;7).LesélémentsdeD'Deui dojqstcoi aneucsi omqeegces esontplacéslesunsendessousdesautresselondescolonnesetconstituentdesjsiqleriqdtDonner:ona18groupesautotal.ztuntrrodoutcoi lasoihomqeheranaDe crselirerqscsiorsèjnerlso uoltnerL

vesoihGroup**1IA1A18VIIIA8A:1H1.0082IIA2A13IIIA3A14IVA4A15VA5A16VIA6A17VIIA7A2He4.003E3Li6.9414Be9.0125B10.816C12.017N14.018O16.009F19.0010Ne20.18x11Na22.9912Mg24.313IIIB3B4IVB4B5VB5B6VIB6B7VIIB7B891011IB1B12IIB2B13Al26.9814Si28.0915P30.9716S32.0717Cl35.4518Ar39.95-------VIII --------------8 --------19K39.1020Ca40.0821Sc44.9622Ti47.8823V50.9424Cr52.0025Mn54.9426Fe55.8527Co58.4728Ni58.6929Cu63.5530Zn65.3931Ga69.7232Ge72.5933As74.9234Se78.9635Br79.9036Kr83.80+37Rb85.4738Sr87.6239Y88.9140Zr91.2241Nb92.9142Mo95.9443Tc(98)44Ru101.145Rh102.946Pd106.447Ag107.948Cd112.449In114.850Sn118.751Sb121.852Te127.653I126.954Xe131.3=55Cs132.956Ba137.357La*138.972Hf178.573Ta180.974W183.975Re186.276Os190.277Ir190.278Pt195.179Au197.080Hg200.581Tl204.482Pb207.283Bi209.084Po(210)85At(210)86Rn(222)(87Fr(223)88Ra(226)89Ac~(227)104Rf(257)105Db(260)106Sg(263)107Bh(262)108Hs(265)109Mt(266)110---()111---()112---()114---()116---()118---()Lanthanide Series*58Ce140.159Pr140.960Nd144.261Pm(147)62Sm150.463Eu152.064Gd157.365Tb158.966Dy162.567Ho164.968Er167.369Tm168.970Yb173.071Lu175.0Actinide Series~90Th232.091Pa(231)92U(238)93Np(237)94Pu(242)95Am(243)96Cm(247)97Bk(247)98Cf(249)99Es(254)100Fm(253)101Md(256)102No(254)103Lr(257)

vesoihGroup**1IA1A18VIIIA8A:1H1.0082IIA2A13IIIA3A14IVA4A15VA5A16VIA6A17VIIA7A2He4.003E3Li6.9414Be9.0125B10.816C12.017N14.018O16.009F19.0010Ne20.18x11Na22.9912Mg24.313IIIB3B4IVB4B5VB5B6VIB6B7VIIB7B891011IB1B12IIB2B13Al26.9814Si28.0915P30.9716S32.0717Cl35.4518Ar39.95-------VIII --------------8 --------19K39.1020Ca40.0821Sc44.9622Ti47.8823V50.9424Cr52.0025Mn54.9426Fe55.8527Co58.4728Ni58.6929Cu63.5530Zn65.3931Ga69.7232Ge72.5933As74.9234Se78.9635Br79.9036Kr83.80+37Rb85.4738Sr87.6239Y88.9140Zr91.2241Nb92.9142Mo95.9443Tc(98)44Ru101.145Rh102.946Pd106.447Ag107.948Cd112.449In114.850Sn118.751Sb121.852Te127.653I126.954Xe131.3=55Cs132.956Ba137.357La*138.972Hf178.573Ta180.974W183.975Re186.276Os190.277Ir190.278Pt195.179Au197.080Hg200.581Tl204.482Pb207.283Bi209.084Po(210)85At(210)86Rn(222)(87Fr(223)88Ra(226)89Ac~(227)104Rf(257)105Db(260)106Sg(263)107Bh(262)108Hs(265)109Mt(266)110---()111---()112---()114---()116---()118---()Lanthanide Series*58Ce140.159Pr140.960Nd144.261Pm(147)62Sm150.463Eu152.064Gd157.365Tb158.966Dy162.567Ho164.968Er167.369Tm168.970Yb173.071Lu175.0Actinide Series~90Th232.091Pa(231)92U(238)93Np(237)94Pu(242)95Am(243)96Cm(247)97Bk(247)98Cf(249)99Es(254)100Fm(253)101Md(256)102No(254)103Lr(257)Ilestpossiblederegrouperlesélémentsenblocs,suivantletypedesouscouchedevalences,p,douf

vesoihGroup**1IA1A18VIIIA8A:1H1.0082IIA2A13IIIA3A14IVA4A15VA5A16VIA6A17VIIA7A2He4.003E3Li6.9414Be9.0125B10.816C12.017N14.018O16.009F19.0010Ne20.18x11Na22.9912Mg24.313IIIB3B4IVB4B5VB5B6VIB6B7VIIB7B891011IB1B12IIB2B13Al26.9814Si28.0915P30.9716S32.0717Cl35.4518Ar39.95-------VIII --------------8 --------19K39.1020Ca40.0821Sc44.9622Ti47.8823V50.9424Cr52.0025Mn54.9426Fe55.8527Co58.4728Ni58.6929Cu63.5530Zn65.3931Ga69.7232Ge72.5933As74.9234Se78.9635Br79.9036Kr83.80+37Rb85.4738Sr87.6239Y88.9140Zr91.2241Nb92.9142Mo95.9443Tc(98)44Ru101.145Rh102.946Pd106.447Ag107.948Cd112.449In114.850Sn118.751Sb121.852Te127.653I126.954Xe131.3=55Cs132.956Ba137.357La*138.972Hf178.573Ta180.974W183.975Re186.276Os190.277Ir190.278Pt195.179Au197.080Hg200.581Tl204.482Pb207.283Bi209.084Po(210)85At(210)86Rn(222)(87Fr(223)88Ra(226)89Ac~(227)104Rf(257)105Db(260)106Sg(263)107Bh(262)108Hs(265)109Mt(266)110---()111---()112---()114---()116---()118---()Lanthanide Series*58Ce140.159Pr140.960Nd144.261Pm(147)62Sm150.463Eu152.064Gd157.365Tb158.966Dy162.567Ho164.968Er167.369Tm168.970Yb173.071Lu175.0Actinide Series~90Th232.091Pa(231)92U(238)93Np(237)94Pu(242)95Am(243)96Cm(247)97Bk(247)98Cf(249)99Es(254)100Fm(253)101Md(256)102No(254)103Lr(257)Bloc s)niurLénui coe cciqrneranaDe crt.t cq eriqruiquFere uiqsrheseDlnorrtje1ztui dojqstcoi aneucsi omqeheneqsruiquFerheptne ueerchec.leL rg'g•:iqE21•g•:;tDonnehertnutno r'zo3Nt3M3Irec;s21•g•E;tDonnehertnutno ifcesseqg')e3Cj3It3Hs3)tec4t21

vesoihGroup**1IA1A18VIIIA8A:1H1.0082IIA2A13IIIA3A14IVA4A15VA5A16VIA6A17VIIA7A2He4.003E3Li6.9414Be9.0125B10.816C12.017N14.018O16.009F19.0010Ne20.18x11Na22.9912Mg24.313IIIB3B4IVB4B5VB5B6VIB6B7VIIB7B891011IB1B12IIB2B13Al26.9814Si28.0915P30.9716S32.0717Cl35.4518Ar39.95-------VIII --------------8 --------19K39.1020Ca40.0821Sc44.9622Ti47.8823V50.9424Cr52.0025Mn54.9426Fe55.8527Co58.4728Ni58.6929Cu63.5530Zn65.3931Ga69.7232Ge72.5933As74.9234Se78.9635Br79.9036Kr83.80+37Rb85.4738Sr87.6239Y88.9140Zr91.2241Nb92.9142Mo95.9443Tc(98)44Ru101.145Rh102.946Pd106.447Ag107.948Cd112.449In114.850Sn118.751Sb121.852Te127.653I126.954Xe131.3=55Cs132.956Ba137.357La*138.972Hf178.573Ta180.974W183.975Re186.276Os190.277Ir190.278Pt195.179Au197.080Hg200.581Tl204.482Pb207.283Bi209.084Po(210)85At(210)86Rn(222)(87Fr(223)88Ra(226)89Ac~(227)104Rf(257)105Db(260)106Sg(263)107Bh(262)108Hs(265)109Mt(266)110---()111---()112---()114---()116---()118---()Lanthanide Series*58Ce140.159Pr140.960Nd144.261Pm(147)62Sm150.463Eu152.064Gd157.365Tb158.966Dy162.567Ho164.968Er167.369Tm168.970Yb173.071Lu175.0Actinide Series~90Th232.091Pa(231)92U(238)93Np(237)94Pu(242)95Am(243)96Cm(247)97Bk(247)98Cf(249)99Es(254)100Fm(253)101Md(256)102No(254)103Lr(257)Bloc p)niulLonui coe cciqrneranaDe crt.t cq eriqruiquFele uiqsrheseDlnorrtje1ztui dojqstcoi aneucsi omqeheneqsruiquFerheptne ueerchec.leL rE lg' BEec:WgW=21S horco jqeltscouqnoèseDe cL•zejsiqleherFtnijè er' rE l+2L;3un3)s3éecRc•zejsiqlehejtPstse' rE l=2LVe':rE23Ne3Rs3Ms3Geec4 1

vesoihGroup**1IA1A18VIIIA8A:1H1.0082IIA2A13IIIA3A14IVA4A15VA5A16VIA6A17VIIA7A2He4.003E3Li6.9414Be9.0125B10.816C12.017N14.018O16.009F19.0010Ne20.18x11Na22.9912Mg24.313IIIB3B4IVB4B5VB5B6VIB6B7VIIB7B891011IB1B12IIB2B13Al26.9814Si28.0915P30.9716S32.0717Cl35.4518Ar39.95-------VIII --------------8 --------19K39.1020Ca40.0821Sc44.9622Ti47.8823V50.9424Cr52.0025Mn54.9426Fe55.8527Co58.4728Ni58.6929Cu63.5530Zn65.3931Ga69.7232Ge72.5933As74.9234Se78.9635Br79.9036Kr83.80+37Rb85.4738Sr87.6239Y88.9140Zr91.2241Nb92.9142Mo95.9443Tc(98)44Ru101.145Rh102.946Pd106.447Ag107.948Cd112.449In114.850Sn118.751Sb121.852Te127.653I126.954Xe131.3=55Cs132.956Ba137.357La*138.972Hf178.573Ta180.974W183.975Re186.276Os190.277Ir190.278Pt195.179Au197.080Hg200.581Tl204.482Pb207.283Bi209.084Po(210)85At(210)86Rn(222)(87Fr(223)88Ra(226)89Ac~(227)104Rf(257)105Db(260)106Sg(263)107Bh(262)108Hs(265)109Mt(266)110---()111---()112---()114---()116---()118---()Lanthanide Series*58Ce140.159Pr140.960Nd144.261Pm(147)62Sm150.463Eu152.064Gd157.365Tb158.966Dy162.567Ho164.968Er167.369Tm168.970Yb173.071Lu175.0Actinide Series~90Th232.091Pa(231)92U(238)93Np(237)94Pu(242)95Am(243)96Cm(247)97Bk(247)98Cf(249)99Es(254)100Fm(253)101Md(256)102No(254)103Lr(257)Bloc d)niuhLénui coe cciqrneranaDe crt.t cq eriqruiquFehe uiqsrheseDlnorrtje1zeqsui dojqstcoi aneucsi omqeegces eerchec.leL' f:2hg rE' B-ec:WgW:"21Ieri cneranaDe crhecst rocoi 1

vesoihGroup**1IA1A18VIIIA8A:1H1.0082IIA2A13IIIA3A14IVA4A15VA5A16VIA6A17VIIA7A2He4.003E3Li6.9414Be9.0125B10.816C12.017N14.018O16.009F19.0010Ne20.18x11Na22.9912Mg24.313IIIB3B4IVB4B5VB5B6VIB6B7VIIB7B891011IB1B12IIB2B13Al26.9814Si28.0915P30.9716S32.0717Cl35.4518Ar39.95-------VIII --------------8 --------19K39.1020Ca40.0821Sc44.9622Ti47.8823V50.9424Cr52.0025Mn54.9426Fe55.8527Co58.4728Ni58.6929Cu63.5530Zn65.3931Ga69.7232Ge72.5933As74.9234Se78.9635Br79.9036Kr83.80+37Rb85.4738Sr87.6239Y88.9140Zr91.2241Nb92.9142Mo95.9443Tc(98)44Ru101.145Rh102.946Pd106.447Ag107.948Cd112.449In114.850Sn118.751Sb121.852Te127.653I126.954Xe131.3=55Cs132.956Ba137.357La*138.972Hf178.573Ta180.974W183.975Re186.276Os190.277Ir190.278Pt195.179Au197.080Hg200.581Tl204.482Pb207.283Bi209.084Po(210)85At(210)86Rn(222)(87Fr(223)88Ra(226)89Ac~(227)104Rf(257)105Db(260)106Sg(263)107Bh(262)108Hs(265)109Mt(266)110---()111---()112---()114---()116---()118---()Lanthanide Series*58Ce140.159Pr140.960Nd144.261Pm(147)62Sm150.463Eu152.064Gd157.365Tb158.966Dy162.567Ho164.968Er167.369Tm168.970Yb173.071Lu175.0Actinide Series~90Th232.091Pa(231)92U(238)93Np(237)94Pu(242)95Am(243)96Cm(247)97Bk(247)98Cf(249)99Es(254)100Fm(253)101Md(256)102No(254)103Lr(257)Bloc f)niudLénui coe cciqrneranaDe crt.t cq eriqruiquFede uiqsrheseDlnorrtje1ztui dojqstcoi aneucsi omqeheneqsruiquFerheptne ueerchec.leL' fE2dg' f:2h:" rE' B=ec:WgW:-21énri ctllenarnercesserstserecdisDe cheqgrasoerhyanaDe crLzt cFt oher' •=2ecRuco oher' •(21

Le tableau périodique (18 colonnes, 7 périodes)

Les jtPàstserà(dernière colonne) : He, Ne, Ar, ...Configuration électronique ns2np6avec n=1,2,...Nictcoi àheàze*oràCes éléments sont très stables (couche s et p complètes, règle de l'octet), chimiquement inerteszeràdtDonneràhyanaDe crLes Dactqgàtnutno rà(1ère colonne) : Li , Na , K....Configuration électronique ns1avec n=2,3,...Nictcoi àheàze*oràXiL'électron unique de la couche de valence peut être perdu facilement, selon la réaction d'ionisation : X rX++ e-L'ion obtenu X+est très stable car isoélectronique du gaz rare précédentL'énergie d'ionisation Ei nécessaire pour arracher cet électron est très faibleXLes tnutno irfcesseqgà(2ème colonne) : Mg , Ca ....Configuration électronique ns2avec n=2,3,... Nictcoi àheàze*oràLes 2 électrons de la couche de valence peuvent être perdus facilement, selon la réaction :X rX2++ 2e-L'ion obtenu X2+est très stable car isoélectronique du gaz rare précédent.X

Les Ftnijè er(avant dernière colonne) : F , Cl , Br, I ....Configuration électronique ns2np5avec n=2,3,...Nictcoi àheàze*oràIl leur manque un électron pour avoir une couche de valence complète. Ils peuvent donc facilement capter un électron, selon la réaction : X + e-rX-Leur affinité électronique est donc élevée.XiLes uFtnuijè er(colonne avant les halogènes) : O , S ....Configuration électronique ns2np4avec n=2,3,...Nictcoi àheàze*oràIl leur manque deux électrons pour avoir une couche de valence complète. Ils peuvent donc facilement capter deux électrons, selon la réaction : X + 2e-rX2-OiizeràdtDonneràhyanaDe cr

ééfPériodicitéde propriétés des éléments

4t.i àtciDomqeLerayonatomiqueRMd'unélémentestdéfinicommelamoitiédeladistanceentredeuxatomesvoisinsdecetélémentprisdanslesconditionsstandard.RMdiminueentraversantunepériodedegaucheàdroiteetaugmenteendescendantungroupe.GroupePériode

,glnoutcoi Lorsque,dansunepériode,onévoluedegaucheàdroite,lachargenucléaireaugmentedesortequel'attractionnucléaireaugmenteelleaussi.Ils'ensuitquelesrayonsatomiquesdesélémentsdiminuentdansunepériode,degaucheàdroite.Lorsqu'ondescenddansunecolonne,lachargenucléaireaugmente,desortequel'attractionnucléaireaugmenteelleaussi.Dèslors,ons'attendàcequelesrayonsatomiquesdiminuent.Celan'estpaslecas,puisquelesélectronslesplusexternessefontabriterdansdecouchesnouvellescequigénèreuneffetquil'emportesurl'attractionnucléaire.Ils'ensuitalorsquelesrayonsatomiquesdesélémentsaugmententdansunecolonne,dehautenbas.

vice coenàhoi ortcoi Le potentiel d'ionisation I1est l'énergie qu'il convient de fournir à un atome Apour lui arracher un électron.Eiest >0 et est exprimée en eV (1 eV = 1,6 10-19J)A + énergie A++ e-I1> 0I1correspondaupotentieldepremièreionisation.Ilexiste,bienentendu,unpotentieldedeuxièmeionisationsionextraitunsecondélectron,etc...I1augmenteentraversantunepériodedegaucheàdroiteetdiminueendescendantungroupe.Energie de première ionisation

vice coenàhoi ortcoi Energies de première ionisation des éléments principauxCOAlSiKrIXeRbSNaBHLiNeHeBeNFMgPClArKCaGaGeAsSeBrSrInSnTeSb051015202530

H Li B N F Na Al P Cl K Ga As Br Rb In Sb

IElémentsEi (eV)

,glnoutcoi LLorsque,dansunepériode,onévoluedegaucheàdroite,lenombred'électronslesplusexternesaugmente.Dèslors,l'attractionnucléairevis-à-visdecesélectronsaugmenteelleaussi.Orpluscetteattractionestélevée,moinsfacilementenarracheundecesélectrons.Ils'ensuitalorsque,l'énergiedepremièreionisationaugmentedansunepériode,degaucheàdroite.Lorsqu'ondescenddansunecolonne,l'électronàextraireestdeplusenpluséloignéparrapportaunoyaudel'atome.Dèslors,l'attractionnucléairevis-à-visdecetélectrondiminue.Or,pluscetteattractionestfaible,plusfacilementonarrachel'électron.Ils'ensuitalorsque,l'énergiedepremièreionisationdiminuedansunecolonne,dehautenbas.

Rddo ocaàaneucsi omqeL'tddo ocaaneucsi omqe,parfoisnotéeA,ouR,estlaquantitéd'énergiedégagéesuiteàlacaptured'unélectronparunatomeenphasegazeuse.Plusl'affinitéélectroniqueestgrandepluslacaptured'unélectronparl'atomedégagedel'énergieetpluscettecaptureeststable.Uneaffinitéélectroniquenégativesignifieaucontrairequ'ilfautfournirdel'énergieàl'atomepourluiarracherunélectronDe façon générale pour un élément X la réaction associée à l'affinité électronique est:(1reaffinité électronique)(2eaffinité électronique)Aeest >0 et est exprimée en eV (1 eV = 1,6 10-19J)

L'tddo ocaaneucsi omqedépendapeuprèsdesmêmesfacteursquel'énergied'ionisation(Zeff,distancenoyau-électron);maislasymétriesphériqueestplusimportante→variationplusirrégulièredegaucheàdroitedansunerangéeAffinité électronique des éléments principauxOAlRbSNaBHLiNeHeBeNFMgPClArKCaGaGeAsSeBrSrInSnTeSbCIXeSiKr00,511,522,533,54ElémentsA (eV)

ElectronégativitéL'électronégativitéd'unélémentestlatendancequepossèdecetélémentàattirerunélectron.Lesnotionsdepotentield'ionisationetd'affinitéélectroniquesontrelativesàunatomeseul.Parcontre,lanotiond'électronégativitéseradavantageutiliséeparlasuitecarelleintervientquandl'atomesetrouveassociéàd'autresatomes.Il y a plusieurs définitions de l'électronégativité, qui n'est pas une grandeur mesurable comme Eiet Ae: celle de Pauling, de Mulliken ou de Allred-Rochow.La plus utilisée en chimie est celle de PaulingMais celle de Mullikena une définition simple : est d'autant plus forte que l'élément peut capturer un électron (Aefort)est d'autant plus faible que l'élément peut libérer un électron (Eifaible)

Electronégativité4eDtsmqerL1)augmenteentraversantunepériodedegaucheàdroiteetdiminueendescendantungroupedutableaupériodique.2)Lesélémentsenbasetàgauchedutableaupériodiqueonttendanceàcéderfacilementleursélectronsdevalenceàunpartenairelorsdelaformationd'uneliaisonchimique.S hocmqonrri caneucsilirocodr13)Lesélémentsenhautetàdroitedutableaupériodiqueonttendanceàcapterfacilementlesélectronsdevalenced'unpartenairelorsdelaformationd'uneliaisonchimique.S hocmqonrri caneucsi ajtcodr1zthoddase uehaneucsi ajtcopocaentrelesatomesliésAetB:•'R2')2estdoncunemesuredirectedeladistributionélectroniquedesélectronsdevalencequiassurentlaliaisonchimique.Ieccehoddase ueercneusocèsemqolesDecheuntrresnernotori ruFoDomqer1

éi nelnqrrctbneL'ionleplusstabledechaqueélémentestceluipossédantlastructuredugazrareleplusproche.,geDlneLEcrivezl'ionleplusstabledesatomessuivantes:Na(Z=11),O(Z=8),Sr(Z=38),Cl(Z=17),Li(Z=3)

tne ueLacapacitédechaqueatomeàformeruneliaison,savaleurestégaleaunombredesélectronscélibataires.RciDeàDi iptne cRciDeàhoptne cRciDeàcsoptne cRciDeàcacstptne cH, Li, Na, K... F, Cl, Br, I... Be, Mg, Ca... O, S... B, Al... N, P... C, Si...

vsilsoacarDtj acomqerotDtj acorDe:lesatomesoumoléculesnepossédantpasdesélectronscélibatairessontditsdiamagnétique.vtstDtj acorDe:lesatomesoumoléculespossédantdesélectronscélibatairessontditsparmagnétique.

Introduction à la liaison chimique

Connaître les bases des différentes liaisons chimiques existantes:Liaisons covalentesLiaisons ioniquesLiaisons métalliquesUtiliser la règle de l'octet pour expliquer ces liaisonsComprendre la relation entre la différence d'électronégativité et le type de liaison.Objectifs du chapitre

Lors de la formation des liaisons chimiques, seules les couches électroniques périphériques, non complètes, entrent en contact. Les électrons de cette couche sont appelés électrons de valenceFormation des liaisons chimiques

La liaison s'établit entre atomes pour leur permettre d'adopter la configuration électronique du gaz rareEtrespecterainsilarègledel'octetquistipulequetoutatome,exceptionfaitedel'hydrogène,atendanceàformerdesliaisonsjusqu'àl'obtentiondehuitélectronsdevalence.Les liaisons se classent en différents types;La liaison ionique.La liaison covalenteLa liaison métallique.polariséedative ou semi polairepureLa liaison chimique

Liaison covalente:La liaison est covalente pure dans H2, Cl2, F2, ... Deux atomes de nature identique partagent "équitablement» les électrons.

H + H rH21s1+ 1s1rs2H r+tH rH H rHbHLe même raisonnement s'applique à Li2 ou à F2Liaison covalente non polaire :

H + H rH21s1+ 1s1rs2H r+tH rH H rHbHLe même raisonnement s'applique à Li2 ou à F2F 2s22p5F 2s22p5FFFFFFLiaison covalente non polaire :

La liaison entre deux atomes de nature différente est covalente polarisée. Lapolarisationprovientdelatendanced'undesdeuxatomesàattirer"préférentiellement»lesélectrons.(s'effectueentredeuxatomesdontleursélectronégativitésestdifférentes)Liaison covalente polarisée

Les liaisons dativesLorsqu'un atome d'une molécule ne satisfait pas l'octet, il peut se lier à une autre molécule et former une nouvelle liaison qui l'amènera à respecter l'octet. NHHHBHHH+NHHHBHHHLiaison covalente dative: la paire électronique (ou doublet) assurant la liaison appartient à l'atome "donneur», l'atome "accepteur» doit alors avoir une orbitale atomique vide. Cette liaison est représentée par une flèche dans le sens donneur raccepteur

Exemple: NHHHBHHHNCH3CH3CH3O-++ -Les liaisons datives sont aussi appelées "semi-polaires» Onpeutfairefigurerunechargeformellepositivesurledonneurdelapaireélectroniqueetunechargeformellenégativesurl'accepteur.

Des composés présentent une liaison dative impliquant un oxygène, en passant par la formation d'un état de valenceNCH3CH3CH3ONCH3CH3CH3OCOaussiprésenteuneliaisondative:cC=O/laformule"normale»nesatisfaitpasl'octet.Dèslors,onpréfèreracCfOcLes liaisons datives

Liaison ioniqueLaliaisonioniquerésultedel'attractionentreuneespècepositive(cation)etuneespècenégative(anion).Lastabilitédelaliaisonestassuréeparl'interactionélectrostatique.Exemple(NaCl,K2S)LiaisonmétalliqueUneliaisonmétalliquen'existequedansunsolidemétallique(métaux).Danslaliaisonmétallique,lesélectronssontmobilesdanstoutunréseaualorsquedansuneliaisonionique,leschargessontpresquestatiques.C'estcettemobilitédesélectronsquidonneauxmétauxlecaractèredetrèsbonsconducteursélectriquesetthermiques.

Considérez deux atomes A et B:• 1ère cas:un des deux atomes a une grande tendance de donner des électrons et l'autre a une grande tendance de les accepter, lENABl >> 0⇒un ou plusieurs électrons changent propriétaire en formant des ions, 'liaison ionique'• 2ième cas:les deux atomes aiment accepter des électrons (les deux ont une électronégativité haute et comparable) ⇒ils partagent deux électrons 'liaison covalente'lENABl 0 (liaison covalente non polaire); lENABl > 0 (liaison covalente polaire) • 3ième case:les deux atomes aiment donner des électrons (les deux ont une EN basse)⇒plusieurs atomes donne leurs électrons de valence en formant un pool d'électrons qui sont partagés par tous les atomeslENABl 0 (et EN petite) 'liaison métallique'Les différences en électronégativité EN

Exemple de liaison

La liaison chimique HHFH2ONH3HFHFOHHNHHHOHHNHHHFON Méthane CH4HHHHCHHCHH2s2pMolécule tétraédrique

Méthane CH4HHHHCHHCHH2s2pMolécule tétraédrique BeH2Be[He] 2s2H1s1BeHHMolécule linéaire

B2sH1s2p1s[He] 2s22p11sBHHHBH3Molécule planeMéthane CH4HHHHCHHCHH2s2pMolécule tétraédrique BeH2Be[He] 2s2H1s1BeHHMolécule linéaire

La structure de LEWIS des atomesH Li Na rns1Be Mg rns2B Al rns2 np1C Si rns2 np2N P rns2 np3F Cl rns2 np5O S rns2 np4Ne Arrns2 np6

Les limites du modèle de LEWISComment expliquer l'existence de PCl5, composé "hypervalent» au sens de l'octet qui ne peut justifier que l'existence de PCl3La promotion vers un état de valence du P (S,...) Solutions proposées:Chaque fois que les orbitales d de l'atome central intervient dans la formation de la liaison, la saturation en électrons est supérieure à 8.

Les liaisons multiplesOn parle de liaison multiple lorsque plusieurs paires électroniques sont partagées par deux atomes.Quelques exemples classiques: cNfNc; H2C=O/; H2C=CH2NNCOHHCHHCHHNNOCHHCHHCHH

MéthodeR.P.E.C.V Répulsion des Paires Electroniques de la Couche de Valence

MéthodeV.S.E.P.RValence Schell Electronic Pair RépulsionRépulsion des Paires Electroniques de la Couche de ValenceOu Méthode R.P.E.C.VOu Méthode de GILLESPIELa Géométrie des MoléculesReprésentation "tridimensionnelle" de Cram

Principe de la méthodeDans une molécule, l'atomecentralest entouré par des doublets d'électronsDoublets de liaisons: XDoublets libres: EABC

Ces doublets électriquement chargés se repoussentIls vont se placer le plus loin possible les uns des autres sur une sphère centrée sur l'atome central AOn obtient une figure de répulsion différente selon le nombre de doubletsAXXEX

Détermination du type moléculaireAXnEmAtome centraln : nombre d'atomes liés à l'atome centralm:nombrededoubletslibresdel'atomecentral

p=2Droitep=3Triangleéquilatéralp=4Tétraèdrep=5Bi-pyramideàbasetriangulairep=6OctaèdreAXnEmp= n+ mType moléculaireFigure de répulsionTous les doublets participent à la figure de répulsion(sauf liaisons multiples)

XEXAX

XXAXEEAXXAXAp = 3Triangle équilatéralAX3AX2EAXE2Tous les sommets sont équivalentsTriangle équilatéralForme de V (120°)Linéaire

AXXXXAEXEXAXXEXAXXXAXXp = 4TétraèdreAX4AX3EAX2E2TétraèdrePyramide base triangleForme de V (109,5°)Tous les sommets sont équivalents

Ap = 5Bi-pyramide à base triangle2 types de sommetsAxiauxEquatoriauxLes positions ne sont plus équivalentesLes doublets libres E se placerons toujours prioritairement en position EquatorialeEEXXUn doublet libre est plus "encombrant» qu'un doublet de liaison. En équatorial il y a des anglesde 120°et donc plus de place qu'en axial (90°)E

XXXXXAEXXXXAXXXXAAX5Bipyramide à base triangleAX4EPyramide déformée

EXEXXAEEEXXAXXXAXAAX3E2Forme de TAX2E3Linéaire

X XA X X

XXXAXXXXAXXAX

XE XA X X

XXEXAXXEXEXAXEEEEEXAXEXXXXAXXXp = 6OctaèdreOctaèdrePyramide à base carréeCarréForme de TLinéaireAX6AX5EAX4E2AX3E3AX2E4Les 2ème et 4ème doublets se mettent obligatoirement à l'opposé des 1°et 3ème

Orbitales moléculaires (OM)

La liaison dans le modèle ondulatoire Rappel orbitales atomiques L'orbitaleatomiqueestcaractériséparuneunecombinaisondestroisnombresquantiquesn,letm.n =1 , l=0 , m = 0n =2 , l=1 , m = 01sxyz+-2pz

Rappel orbitales atomiques L'orbitaleatomiqueestcaractériséparuneunecombinaisondestroisnombresquantiquesn,letm.Lecomportementdel'électronestentièrementdécritparunefonction,fonctiond'ondeouorbitaleatomique.L'orbitalepermetdedéterminerlaprobabilitédeprésencedel'électrondanstoutezonedel'espace.Elleestusuellementreprésentéeparunesurfacequidélimitelevolumeàl'intérieurduquelexisteunetrèsforteprobabilitédeprésencedel'électron.Uneorbitaleatomiqueestoccupéeparunmaximumdedeuxélectronsdespinsopposés.La liaison dans le modèle ondulatoire

Orbitale moléculaire (OM): combinaison de deux orbitales atomiques (OA) appartenant à des atomes distincts. Ex: formation de H2L'énergie de l'OM s1sest plus basse que celle des OA 1s; Quand deux atomes se lient, les O.A. de valence de ces atomes se recouvrent, fusionnent pour donner des O.M.Recherche des orbitales moléculaires . C.L.O.A. ( combinaison linéaire des orbitales atomiques ) : L.C.A.O. ( linear combination of atomic orbitals )

Caractéristiques des orbitales moléculaires (OM)LesOMsontdesrégionsd'unemoléculeoùlaprobabilitédetrouverdesélectronsestélevée.OnobtientlesOMencombinantdefaçonappropriéelesorbitalesdesatomesliésdanslamolécule(combinaisonlinéairedesorbitalesatomiques,méthodeLCAO).Unecombinaisondedeuxorbitalessdonneuneorbitaleliantesetuneorbitaleantiliantes*L'orbitaleliantecorrespondàunniveaud'énergieplusbasquelesOAdesatomesséparés.L'orbitaleantiliantecorrespondàunniveaud'énergiesupérieuràceluidesOAdesatomesséparés.

Etude des molécules diatomiques homonucléairesL'ion H2+ est la fonction d'onde moléculaire ou OM.L'électron se trouvant dans le champ des deux noyaux HAet HB sera décrit par une fonction d'onde appelée OM. est une combinaison linéaire des fonctions d'onde A(OA 1sA) et B (OA 1sB) = C1A+ C2Bou = C1(1sA) + C2 (1sB)

++1sa1sbz+-1sa1sbzzOM 1s:1sa + 1sb+OM 1s*:1sa -1sbzplan nodal+-La représentation spatiale de ces 2 OM est la suivante:Le recouvrement des deux OA 1sAet 1sB se fait suivant l'axe joignant les deux noyaux HAet HB( on choisit également l'axe Oz). Le recouvrement axial conduit à la formation de deux OM de type s, ces OM sétant construites à partir des OA 1s, elles seront notés s1spour l'OM liante et s*1s pour l'OM antiliante.Etude des OM liante et antiliante

HAH2HBs1sa1sbs*ERemarque2:l'O.M.liantecorrespondàlacombinaisondanslaquellelesdeuxO.A.s'ajoutent:iln'yaderecouvremententredeuxO.A.quesiellessontdemêmesignedanslarégionderecouvrement.Remarque 1: le nombre d'O.M. que l'on peut établir à partir d'un ensemble d'O.A.qui sert de base à la formulation des O.M. est égal au nombre d'O.A. qui constituentcette base .Etude des molécules diatomiques homonucléaires

Recouvrement conservant une symétrie axiale+-+-z2pzA+ 2pzBz+--+2pzA-2pzB--+zO.M. liante sZz+-+-O.M. antiliante sZ*Recouvrement 2pz-2pzRecouvrement axialPossibilité de libre rotation autour de l'axe internucléaire OaObOaOaObObOaObLes 2 OA 2pzvont se recouvrir axialement pour donner 2 OM de type s: s2pzet s*2pzavec:s2pz =N (2pza-2pzb) et s*2pz = N* (2pza+ 2pzb)

Recouvrement conservant une symétrie de réflexion par rapport à un plan L'axe Oz étant l'axe de la molécule, les 2 OA 2pxaet 2pxb, aussi bien que les orbitales 2pya et 2pyb, ne peuvent pas se recouvrir axialement, il y aura donc un recouvrement latéral conduisant aux OM de type p. Les OA 2pxaet 2pxbdonneront des OM p2px (liante) et p*2px (antiliant). Pour lesquotesdbs_dbs5.pdfusesText_10