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Niveau reprise d'études
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Couches électroniques

Posté par
fabo34
19-10-24 à 11:03

Bonjour,

   Pourriez-vous expliquer pourquoi on dit que la configuration électronique du carbone est 1s²2s²2p² et pas juste K²L⁴. En effet, avec les sous-couches, on observe une  sorte de "dissymétrie" dans la couche L: 2 électrons sur la sous-couche s et 2 sur la sous-couche p. Or avec la règle de l'octet fait disparaître cette dissymétrie, puisque les 4 électrons semblent "équivalents". En effet, les liaisons de valence forment un tétraèdre parfait, comme dans CH₄. En quoi est-il nécessaire au lycée de rentrer dans le détail des sous-orbitales? Pourquoi ne pas en rester uniquement aux couches K,L,M? Je trouve que ça embrouille. Qu'en pensez-vous?

Posté par
vanoise
re : Couches électroniques 19-10-24 à 14:10

Bonjour
Pour bien comprendre la notion de sous-couche électronique, il faut des rudiments de mécanique quantique et avoir compris la notion de nombres quantiques et les règles qui régissent ces nombres. Cela est seulement au niveau (bac+1) ou (bac+2).
Donc, pas question d'en parler dans l'enseignement secondaire à mon avis. D'ailleurs, dans de nombreuses filières de l'enseignement secondaire, l'étude du tableau périodique se limite aux numéros atomiques inférieurs à 20.
La situation est alors simple : couche K saturée à 2 électrons, les deux suivantes saturés à 8. Savoir alors que seules les structures avec couches saturées sont stables permet d'expliquer l'essentiel des propriétés chimiques des éléments chimiques au programme.
Je suis donc d'accord avec toi !

Posté par
fabo34
re : Couches électroniques 20-10-24 à 10:25

Quand on fait une recherche sur l'atome de Bohr, on peut lire (par ex sur wikiped) que c'est une théorie "[...]obsolète, totalement abandonnée au profit de la mécanique quantique à partir de 1925". J'imagine que c'est ce genre d'arguments qui a motivé la construction des programmes. Mais personnelement pour le lycée je préfèrerais aussi Bohr,  en en donnant les limitations (sur les spectres) plutôt que passer aux sous-orbitales. Un peu comme les lois de Newton qui ne sont valables qu'à faible vitesse et faible masse. Si c'est pour expliquer la chimie, je vous suis, c'est largement suffisant.

Durant mes études supérieures, on passait de 2s²2p² à finalement 2s²2px²py¹pz¹. Puis ensuite arrivait  l'hybridation des orbitales pour expliquer la règle de l'octet et la structure en tétraèdre. On sentait bien que même les profs, derrière leurs transparents remplis d'équations quantiques, n'y comprenaient rien. Au final ça ressemblait à la même cuisine que la règle de Bohr.

Maintenant que je reprends ça, je me rends compte que cette histoire d'hybridation est toujours aussi obscure. Si vous aviez les mots pour clarifier ça? Ou éventuellement des liens?

Posté par
vanoise
re : Couches électroniques 20-10-24 à 11:58

La théorie de Bohr est une théorie classique avec une quantification du moment cinétique sortie de "nulle part"... Elle n'a pas la rigueur de la théorie quantique mais a tout de même un grand mérite : outre sa simplicité, elle permet de prévoir avec une excellente précision le spectre d'émission des structures hydrogénoïdes.
La théorie quantique fournit une étude précise des structures hydrogénoïdes. Dès que la structure possèdent plusieurs électrons, il faut procéder par approximations : approximation mono électronique de Slater par exemple.
L'équation de Schrödinger, dont les fonctions d'onde définissant les orbitales atomiques sont solutions, est une équation différentielle linéaire : toute combinaison linéaire de fonctions d'onde est également une fonction d'onde possible. Cela justifie la notion d'hybridation.
Personnellement, de l'enseignement secondaire au niveau (bac+3) je trouve que la théorie la plus féconde,la plus simple à mettre en œuvre et à comprendre, est la théorie VSEPR. Il suffit de compter les doublets de valence (doublets de liaison et doublets libres) d'un atome puis de se dire que ces doublets, ayant tendance à se repousser par forces électrostatiques, vont se répartir de façon à minimiser ces répulsions. On explique ainsi très simplement la structure tétraédrique de CH4, la structure pyramidale de NH3, l'ordre de grandeur de l'angle de liaison dans H2O, etc...
Plus de détails ici :

Posté par
fabo34
re : Couches électroniques 20-10-24 à 20:20

Merci beaucoup.



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