Ce sont les formes des vraies orbitales ?

C’est la partie angulaire des orbitales hydrogénoïdes — solutions exactes pour un électron dans un champ de Coulomb. Chez les atomes à plusieurs électrons, la partie radiale change, mais les formes s, p et d restent un bon langage de la liaison chimique.

Pourquoi n’y a-t-il pas la partie radiale ?

Dans un potentiel à symétrie sphérique, les parties radiale et angulaire se séparent. On ne garde ici que l’angle, pour voir les lobes et les plans nodaux, utiles pour les angles de valence.

Que code la couleur ?

La valeur de |Y_ℓm|². Les teintes chaudes : grande densité angulaire ; les froides : plus faible. Les lignes sombres sont des nœuds, où la densité s’annule.

Quel lien entre les lobes et la forme des molécules ?

La directionnalité des orbitales p et d indique où pointent les liaisons. Le recouvrement des lobes d’atomes voisins fixe la multiplicité et la géométrie — de l’eau aux complexes des métaux de transition ; l’hybridation est une étape pédagogique à part.

Formes des orbitales atomiques

Carte de couleurs plane de |ψ|² pour des distributions angulaires de type s, p et d (modèle pédagogique, pas un calcul Hartree–Fock).

À propos du modèle

Les formes des orbitales atomiques donnent la densité de probabilité de trouver l’électron près du noyau. La partie angulaire de la fonction d’onde hydrogénoïde est donnée par les harmoniques sphériques Y_ℓm(θ, φ) ; on montre dans le plan le module au carré |Y_ℓm|² pour s (ℓ = 0), p (ℓ = 1) et d (ℓ = 2). La couleur code la densité angulaire ; la partie radiale R_nl(r) est omise, donc pas de nœuds radiaux. Les plans nodaux sont des lignes de probabilité nulle (un pour p, deux pour une d typique). C’est une coupe pédagogique, pas un calcul Hartree–Fock : chez les atomes à plusieurs électrons le rayon est déformé, mais les formes angulaires restent proches et fixent la directionnalité de la liaison.

Public : Terminale et chimie générale : structure de l’atome ; introduction à la mécanique quantique.

Notions clés

orbitale atomique
fonction d’onde
densité de probabilité
nombre quantique secondaire
plan nodal
harmoniques sphériques
nuage électronique

Comment ça marche

Carte de couleurs de |ψ|² dans un plan pour des distributions angulaires de type s, p et d. Lobes et nœuds sont qualitatifs ; la décroissance radiale est simplifiée, les nombres ne sont pas spectroscopiques.

Questions fréquentes

Ce sont les formes des vraies orbitales ?: C’est la partie angulaire des orbitales hydrogénoïdes — solutions exactes pour un électron dans un champ de Coulomb. Chez les atomes à plusieurs électrons, la partie radiale change, mais les formes s, p et d restent un bon langage de la liaison chimique.
Pourquoi n’y a-t-il pas la partie radiale ?: Dans un potentiel à symétrie sphérique, les parties radiale et angulaire se séparent. On ne garde ici que l’angle, pour voir les lobes et les plans nodaux, utiles pour les angles de valence.
Que code la couleur ?: La valeur de |Y_ℓm|². Les teintes chaudes : grande densité angulaire ; les froides : plus faible. Les lignes sombres sont des nœuds, où la densité s’annule.
Quel lien entre les lobes et la forme des molécules ?: La directionnalité des orbitales p et d indique où pointent les liaisons. Le recouvrement des lobes d’atomes voisins fixe la multiplicité et la géométrie — de l’eau aux complexes des métaux de transition ; l’hybridation est une étape pédagogique à part.

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