La question revient très souvent de la part des étudiants en classe préparatoire, mais aussi au début des énoncés des épreuves de Chimie du concours Mines-Ponts (un exemple avec ce sujet de chimie Mines Ponts PSI 2015) : Quelles sont les règles permettant d’établir la configuration électronique d’un atome ?
Rien de sorcier, suivez le guide !
La règle de Klechkowski
La règle de remplissage dite “règle de Klechkowski” permet de retrouver facilement l’ordre de remplissage des orbitales à l’aide du schéma de cases quantiques.
Pour « caser » les Z-électrons (avec Z le numéro atomique de l’atome), on remplit les sous-couches en diagonale comme illustré ci-dessous.
L’ordre de remplissage est donc : 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d
Exemple : Pour le Lithium (Z = 3 : 3Li) : 1s22s1. Il appartient à la famille des alcalins (1ère colonne du tableau périodique car 1 seul électron de valence).
Pour bien comprendre : D’où vient cet ordre de remplissage ?
Les sous-couches se remplissent par sous-niveaux d’énergie croissants. En clair, les électrons vont toujours dans la sous-couche de plus faible niveau d’énergie où « il reste de la place ».
L’ordre croissant des sous-niveaux d’énergies est donnée par l’ordre de (n+l) croissant, avec les notations suivantes :
| l=0 | l=1 | l=2 | l=3 | l=4 | l=5 | l=6 | |
| n=1 | 1s | ||||||
| n=2 | 2s | 2p | |||||
| n=3 | 3s | 3p | 3d | ||||
| n=4 | 4s | 4p | 4d | 4f | |||
| n=5 | 5s | 5p | 5d | 5f | 5g | ||
| n=6 | 6s | 6p | 6d | 6f | 6g | 6h | |
| n=7 | 7s | 7p | 7d | 7f | 7g | 7h | 7i |
Remarquons que certaines cases de ce tableau sont de mêmes niveaux d’énergie, i.e. de même nombre (n+l). Toutes les cases correspondant à une flèche rouge sur le schéma [1] sont de mêmes niveau d’énergie. Dans ce cas, on remplit par nombre n croissant.
Exemple : 3d et 4p, de valeur n+l = 5. Dans ce cas, c’est toujours le niveau ayant la plus basse valeur de n qui est de plus basse énergie, et qui se remplit donc en priorité. Ici c’est donc 3d, puis 4p.
On retrouve ainsi la règle avec les flèches diagonales présentée plus haut. Vous savez désormais établir la configuration électronique d’un atome dans l’état fondamental.
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