Qu’est-ce que le principe d’Aufbau ?

Le principe d’Aufbau, également connu sous le nom de « règle de la scie », est un système très utile qui nous permet de prédire la configuration électronique d’un élément. Le mot Aufbau vient du verbe allemand signifiant « construire » et, en fait, le but de ce principe est « d’aider à construire l’atome ».

Ce principe nous enseignera une série d’instructions qui ont à voir avec l’emplacement des électrons dans les orbitales d’un atome.

Caractéristiques de ce principe

• Les atomes stables ont autant d’électrons que de protons dans le noyau. Les électrons se rassemblent autour du noyau dans des orbitales quantiques selon quatre règles de base appelées principe d’Aufbau.
• Il n’y a pas deux électrons dans l’atome qui partagent les mêmes quatre nombres quantiques n, l, m et s.
• Les électrons occuperont d’abord les orbitales de niveau d’énergie le plus bas.
• Les électrons rempliront une orbitale avec le même numéro de spin jusqu’à ce que l’orbite soit remplie. Cela se produit avant qu’il ne commence à se remplir avec le numéro de spin opposé.
• Nous pourrons également atteindre les sous-couches, dont les formes dépendent du nombre quantique azimutal et du nombre magnétique m.
• Il n’y a pas deux électrons dans l’atome qui partagent les mêmes quatre nombres quantiques n, l, m et s.

Les 4 nombres quantiques

• Le nombre quantique principal (n) décrit la taille d’une orbitale et détermine en grande partie son énergie (La distance moyenne d’un électron au noyau. Celle-ci ne peut prendre que des valeurs positives.

• Le moment cinétique ou nombre quantique azimutal (l) détermine la forme des orbitales. Chaque nombre principal (n) aura des niveaux et des sous-niveaux, cependant, chacune de ces orbitales conservera le même nombre quantique. Des numéros sont attribués à chaque valeur (l) pour éviter toute confusion.

• Le nombre quantique magnétique (m) décrit la direction du mouvement orbital de l’électron dans l’espace et désigne le nombre d’orbitales contenues dans chaque sous-niveau.

• Le nombre de spin ou spin de l’électron(s). Ses orbitales se présentent sous une forme sphérique, ce nombre aura les valeurs -1/2 et +1/2 qui montrent les spins possibles de l’électron sur son propre axe.

Comment appliquer le principe d’Aufbau ?

1. Écrivez une colonne d’orbitales s de 1 à 8.
2. Écrivez une deuxième colonne pour les orbitales p commençant à n = 2. (1p n’est pas une combinaison orbitale autorisée par la mécanique quantique.)
3. Écrivez une colonne pour les orbitales d commençant à n = 3.
4. Écrivez une dernière colonne pour 4f et 5f. Il n’y a pas d’éléments qui nécessitent un obus 6f ou 7f pour être remplis.
5. Lisez le tableau en exécutant les diagonales à partir de 1. Le graphique montre ce tableau et les flèches montrent le chemin à parcourir. Maintenant que nous connaissons l’ordre des orbitales à remplir, il nous suffit de mémoriser la taille de chaque orbitale.

Les orbitales S ont une valeur possible de m pour contenir deux électrons.
Les orbitales P ont trois valeurs possibles de m pour contenir six électrons.
Les orbitales D ont cinq valeurs possibles de m pour contenir 10 électrons.
Les orbitales F ont sept valeurs possibles de m pour contenir 14 électrons.
C’est tout ce dont vous avez besoin pour déterminer la configuration électronique d’un atome stable d’un élément.

Par exemple, prenons l’élément azote, qui a sept protons et donc sept électrons.

La première orbitale à remplir est l’orbitale 1s. Une orbitale s contient deux électrons, il reste donc cinq électrons.

La prochaine orbitale est l’orbitale 2s et contient les deux suivantes. Les trois derniers électrons iront à l’orbite 2p, qui peut contenir jusqu’à six électrons.

Sources

Le principe d'Aufbau (vidéo) . Académie Khan. Disponible sur https://es.khanacademy.org/science/chemistry/electronic-structure-of-atoms/electron-configurations-jay-sal/v/the-aufbau-principle  González, principe A. Aufbau. condamné à perpétuité. Disponible sur https://www.lifeder.com/principio-aufbau/ .