Comprendre la règle de Hund et la configuration électronique

Présentation

Lorsque vous plongez dans le monde de la chimie, l'un des concepts fondamentaux que vous rencontrerez est la configuration électronique. Cela jette les bases de la compréhension de la manière dont les électrons sont répartis au sein d’un atome. Au cœur de la configuration électronique se trouve la règle de Hund. Comprendre ce concept peut considérablement améliorer votre compréhension du comportement chimique, de la réactivité et des modèles de liaison des éléments.

Qu'est-ce que la configuration électronique ?

La configuration électronique décrit la façon dont les électrons sont positionnés autour du noyau d'un atome. Considérez-le comme une disposition des sièges dans un théâtre, où les électrons occupent des sièges spécifiques (orbitales) de manière systématique. Chaque électron suit des règles prédéfinies pour prendre sa place :

• Le Principe d'exclusion de Pauli : deux électrons ne peuvent pas avoir le même ensemble de nombres quantiques.
• Le Principe d'Aufbau : les électrons remplissent d'abord les orbitales d'énergie les plus basses avant de passer aux orbitales d'énergie les plus élevées.
• Règle de Hund : les électrons rempliront les orbitales dégénérées (orbitales du même niveau d'énergie) individuellement avant de s'associer.

Plonger dans la règle de Hund

Nommée d'après le physicien allemand Friedrich Hund, la règle de Hund donne un aperçu de la façon dont les électrons se répartissent dans les orbitales dégénérées. Selon cette règle :

• Les électrons occupent les orbitales individuellement autant que possible.
• Les électrons des orbitales occupées une seule fois ont des spins parallèles pour une multiplicité maximale.

En suivant la règle de Hund, les électrons minimisent la répulsion et obtiennent une configuration plus stable.

Exemple concret

Décomposons cela avec un exemple concret. Considérons l’élément carbone, qui possède six électrons. La configuration électronique peut s'écrire 1s² 2s² 2p². Voici la répartition étape par étape :

1. Orbitale 1s : Les deux premiers électrons occuperont l'orbitale 1s.
2. Orbitale 2s : Les deux électrons suivants rempliront l'orbitale 2s.
3. Orbitales 2p : les deux derniers électrons entrent dans les orbitales 2p dégénérées. Selon la règle de Hund, ces électrons occuperont deux orbitales p distinctes plutôt que de s'associer.

Cet arrangement minimise la répulsion des électrons et maintient l'état énergétique le plus bas possible de l'atome.

Tableau de données : configuration électronique des 10 premiers éléments

Élément Numéro atomique Configuration électronique Hydrogène (H) 1 1s¹ Hélium (Il) 2 1s² Lithium (Li) 3 1s² 2s¹ Béryllium (Be) 4 1s² 2s² Bore (B) 5 1s² 2s² 2p¹ Carbone (C) 6 1s² 2s² 2p² Azote (N) 7 1s² 2s² 2p³ Oxygène (O) 8 1s² 2s² 2p⁴ Fluor (F) 9 1s² 2s² 2p⁵ Néon (Ne) 10 1s² 2s² 2p⁶

FAQ

Pourquoi la règle de Hund est-elle importante ?

La règle de Hund est cruciale car elle permet de prédire la disposition électronique des atomes et de comprendre leurs propriétés chimiques. Suivre la règle de Hund conduit à la configuration la plus stable et la plus basse énergie de l'atome.

Qu'entend-on par « orbitales dégénérées » ?

Les orbitales dégénérées sont des orbitales au sein de la même sous-couche qui ont les mêmes niveaux d'énergie. Par exemple, les trois orbitales 2p de la deuxième coque sont dégénérées.

Comment la règle de Hund s'applique-t-elle aux éléments plus grands ?

Pour les éléments plus grands, la règle de Hund s'applique toujours. Cependant, à mesure que le nombre d’électrons augmente, les arrangements possibles augmentent également. La règle de Hund aide à fournir un modèle fondamental au sein de ces configurations plus vastes et plus complexes.

Résumé

La règle de Hund joue un rôle central dans la compréhension de la configuration électronique des atomes, qui dicte en fin de compte leur comportement chimique. En garantissant que les électrons occupent individuellement les orbitales dégénérées avant l’appariement, cette règle facilite l’état d’énergie le plus bas d’un atome. Qu'il s'agisse d'éléments plus simples comme le carbone ou de transitions plus complexes dans des éléments plus grands, la règle de Hund fait partie intégrante des principes de la chimie.