Pourquoi 4s se remplit-elle avant 3d ?

D’après la règle n+ℓ, pour l’atome neutre à l’état fondamental, 4s (n+ℓ = 4) est plus basse que 3d (n+ℓ = 5). Quand 3d commence à se remplir, le niveau 4s remonte, et à l’ionisation les électrons partent en général d’abord de 4s.

Que signifient les flèches vers le haut et vers le bas ?

Ce sont des électrons de projection de spin +1/2 et −1/2. D’après le principe de Pauli, deux électrons sur une même orbitale n’ont que des spins opposés : on les dessine donc en paire « haut–bas ».

Y a-t-il ici des ions et des états excités ?

Non. On construit la configuration de l’état fondamental de l’atome neutre selon l’ordre de Klechkowski. Pour un ion ou une excitation, il faudrait retirer des électrons ou les promouvoir — c’est un autre problème.

Pourquoi, d’après Hund, occupe-t-on d’abord des orbitales distinctes ?

Les électrons se repoussent. Les répartir sur des orbitales dégénérées, spins parallèles, coûte moins que de former tout de suite une paire sur une même orbitale : l’appariement demande une énergie supplémentaire.

Configuration électronique

Remplissage des orbitales : règle de Klechkowski, principe de Pauli et règle de Hund.

Prédiction de Klechkowski

1s²2/2 e⁻

2s²2/2 e⁻

2p⁶6/6 e⁻

3s²2/2 e⁻

3p⁴4/6 e⁻

Référence (jeu de données)

1s²2/2 e⁻

2s²2/2 e⁻

2p⁶6/6 e⁻

3s²2/2 e⁻

3p⁴4/6 e⁻

Notation compacte

1s2 2s2 2p6 3s2 3p4

Sulfur or sulphur (see spelling differences) is a chemical element with symbol S and atomic number 16. It is an abundant, multivalent non-metal. Under normal conditions, sulfur atoms form cyclic octatomic molecules with chemical formula S8.

À propos du modèle

La configuration électronique d’un atome est la répartition des électrons sur les orbitales à l’état fondamental. L’ordre de remplissage est donné par la règle de Klechkowski (n+ℓ) : d’abord la plus petite somme n+ℓ, à somme égale le plus petit n ; d’où la suite 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, … Le principe de Pauli : au plus deux électrons de spins opposés sur une même orbitale. La règle de Hund : dans une sous-couche, les électrons occupent d’abord des orbitales distinctes, spins parallèles, puis s’apparient. Les orbitales sont des cases d’énergie fixe ; le décalage des niveaux dans un atome à plusieurs électrons n’est pas calculé. La ligne de référence reprend les configurations tabulées : chez Cr, Cu, Mo, Pd et d’autres, un électron s passe en d (ou f), et la prédiction n+ℓ s’écarte du fait.

Public : Seconde à terminale et chimie générale : structure de l’atome et périodicité.

Notions clés

configuration électronique
règle de Klechkowski
principe de Pauli
règle de Hund
nombre quantique principal
orbitale
principe de plus basse énergie

Comment ça marche

Quand Z croît, les électrons remplissent les sous-couches selon la règle de Klechkowski. Sur le schéma : cases des orbitales et flèches de spin. La ligne de référence compare cette prédiction à la configuration tabulée : chez Cr, Cu et d’autres, il y a des exceptions.

Formules

Ordre : 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → …

Questions fréquentes

Pourquoi 4s se remplit-elle avant 3d ?: D’après la règle n+ℓ, pour l’atome neutre à l’état fondamental, 4s (n+ℓ = 4) est plus basse que 3d (n+ℓ = 5). Quand 3d commence à se remplir, le niveau 4s remonte, et à l’ionisation les électrons partent en général d’abord de 4s.
Que signifient les flèches vers le haut et vers le bas ?: Ce sont des électrons de projection de spin +1/2 et −1/2. D’après le principe de Pauli, deux électrons sur une même orbitale n’ont que des spins opposés : on les dessine donc en paire « haut–bas ».
Y a-t-il ici des ions et des états excités ?: Non. On construit la configuration de l’état fondamental de l’atome neutre selon l’ordre de Klechkowski. Pour un ion ou une excitation, il faudrait retirer des électrons ou les promouvoir — c’est un autre problème.
Pourquoi, d’après Hund, occupe-t-on d’abord des orbitales distinctes ?: Les électrons se repoussent. Les répartir sur des orbitales dégénérées, spins parallèles, coûte moins que de former tout de suite une paire sur une même orbitale : l’appariement demande une énergie supplémentaire.

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