Orbitales atomiques

Les orbitales atomiques sont une région autour du noyau d'un atome où un électron est susceptible d'être

Quelles sont les orbitales atomiques?

UN Orbital atomique Il est défini comme une région à trois dimensions autour du noyau d'un atome, dans lequel il est susceptible de trouver un électron. Comme les orbites des planètes, il existe des orbitales qui sont plus petites et qui sont plus proches du noyau, et d'autres qui sont plus loin.

Les orbitales atomiques sont définies par un ensemble de trois nombres quantiques. Quels que soient ces chiffres, seuls deux électrons qui doivent avoir des épines opposées s'adaptent à chaque orbite.

Rappelons que les atomes sont formés par un noyau de charge positif qui contient des protons et des neutrons, entourés d'un ou plusieurs électrons. Ces derniers sont de très petites particules avec une charge négative et tournent autour du noyau grâce à l'attraction des charges opposées.

Les électrons tournent autour du noyau similaire à la façon dont les planètes tournent autour du soleil. Cependant, les "orbites" des électrons ne sont pas plates et ne sont pas bien définies comme celles des planètes. Les électrons sont organisés dans les régions de l'espace appelées orbitales atomiques.

Types d'orbitales atomiques

Les orbitales atomiques peuvent être des orbitales hybrides atomiques purs. De plus, les orbitales atomiques pures peuvent être de différents types.

Orbitales atomiques purs

Comme votre nom l'indique, ce sont les orbitales atomiques les plus simples. Chaque atome isolé a un ensemble équivalent d'orbitales atomiques purs ou non combinés. Ceux-ci, à leur tour, peuvent être de types différents:

• Orbitals S: Ce sont des orbitales d'une manière sphérique et sont les plus pénétrantes de toutes les orbitales atomiques (c'est-à-dire celles qui placent l'électron plus près du noyau la plupart du temps).
• Orbitals P: Ces orbitales existent à partir du deuxième niveau d'énergie. Ce sont des orbitales qui ont deux lobes orientés le long de l'un des axes de coordonnées cartésiennes. Il y a trois niveaux d'énergie orbitaux dans chaque atome, qui sont les orbitales p_X, p_et Et P_z.
• Orbitales D: Ils sont un ensemble de petites orbitales pénétrantes avec des formes diverses et qui existent à partir du troisième niveau d'énergie. Dans le même niveau d'énergie, il peut y avoir cinq orbitales différentes, qui sont le D_Xy, d_Xz, d_{et Z}, d_X2-y2 et d_Z2.
• Orbitals F: Ce sont des orbitales atomiques qui n'existent que du quatrième niveau d'énergie. À chaque niveau, il y a un maximum de sept types F.

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Orbitales atomiques hybrides

Ce sont les orbitales atomiques qui résultent de la combinaison d'orbitales atomiques purs. Sa forme et l'orientation spatiale dépendent des orbitales qui sont combinées. Certains exemples d'orbitales hybrides sont les orbitales sp, sp², sp³, sp³D, SP³d², etc.

Hybridation orbitale atomique

L'hybridation orbitale atomique est le processus combiné des orbitales atomiques purs pour former des orbitales atomiques hybrides avec une orientation adéquate pour former des liaisons entre les atomes.

Ces orbitales hybrides sont représentées par les lettres des orbitales pures qui ont été mélangées, avec des exposants qui indiquent le nombre de chaque type d'orbital pur qui est entré dans le mélange. Par exemple, une sposs orbitale SP³D est formé par une orbitaire, trois p et un d.

Pourquoi les orbitales hybrides sont-elles?

Selon la théorie de la liaison Valencia, la liaison chimique se forme lorsqu'une orbitale atomique d'un atome est submergée par l'orbital atomique d'un autre pour former une liaison covalente. Si le chevauchement est frontal, une liaison de type Sigma est formée, et si une liaison Pi est formée.

Cela implique que, pour que la liaison covalente soit formée, les orbitales atomiques doivent posséder l'orientation appropriée.

Cependant, ce n'est pas toujours possible avec les orbitales atomiques pures (S, P, D et F). Ainsi, selon la théorie, les atomes combinent des orbitales atomiques pour former un ensemble de nouvelles orbitales hybrides qui ont une orientation adéquate.

Formation des orbitales hybrides

L'hybridation est similaire à la combinaison de jus de fruits différents.

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Si nous combinons 3 orbitales atomiques pures (trois verres de jus de fruits différents), nous obtiendrons toujours trois orbitales atomiques hybrides (trois verres de mélange).

D'un autre côté, plus nous avons ajouté de lunettes d'un type de jus au mélange, plus le mélange à ce type de jus aura l'air. De même, plus les orbitales atomiques d'un type de mélange, alors plus les orbitales hybrides seront ressemblées à ces orbitales pures.

Nombres quantiques atomiques et orbitaux

Les différentes orbitales atomiques correspondent aux solutions mathématiques de l'équation de Schröding. Ces solutions sont associées à un ensemble de nombres entiers appelés numéro quantique.

Une orbitale atomique est définie par les trois premiers nombres quantiques:

Numéro quantique principal (n)

Cela définit le niveau d'énergie de l'orbitale et, par conséquent, la distance moyenne de l'électron au noyau. C'est un nombre naturel à partir de 1.

Mmentum quantique ou angulaire secondaire (L)

Également appelé sous-niveau d'énergie, cela détermine la forme d'une orbitale atomique. Il peut avoir des valeurs entre 0 et N-1 et déterminer le type d'orbital atomique qu'il s'agit:

• Si L = 0, alors ce sera une orbitale S
• Lorsque l = 1, alors ce sera un type orbital P
• Si L = 2, alors ce sera un type orbital D
• Lorsque L = 3, alors ce sera une orbitale de type F, etc.

Le moment angulaire détermine le nombre de sous-niveaux qui s'inscrivent dans chaque niveau d'énergie principal. Quant à chaque valeur n, l peut avoir des valeurs entre 0 et n-1, donc le nombre de sous-niveaux possibles sera toujours égal à n.

Nombre quantique de moment magnétique (m_l)

Déterminez l'orientation dans l'espace orbital atomique. Cela peut acquérir des valeurs entières entre -l et + l (y compris 0) et détermine le nombre d'orbitales atomiques dans chaque sous-niveau.

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Par exemple, dans le sous-niveau P, qui correspond à L = 1, il y a trois orbitales, puisque m_l peut valoir -1, 0 et +1 (correspondant aux orbitales p_X, p_et Et P_z).

Donnons un exemple: la configuration électronique d'un atome de l'élément chimique du bore, avec 5 électrons, est 1s²2s²2p_X¹: Orbital 1s Il contient deux électrons, le 2s en contient deux autres et l'orbital 2p_X Il contient un.

Un autre exemple: la configuration électronique du carbone, avec six électrons, a une configuration électronique 1s²2s²2p_X¹2p_et¹, Lorsque l'orbital 1s a deux électrons, les 2s également et les deux dernières orbitales contiennent un seul électron.

Exemples d'orbitales atomiques

Chaque orbitale atomique est déterminée par une combinaison particulière des trois premiers nombres quantiques. Quelques exemples d'orbitales atomiques et leurs nombres quantiques respectifs sont présentés ci-dessous:

Orbital	n	l	ml
1	1	0	0
3DXy	3	2	-2
4pz	4	1	+1
5 DX2-y2	5	2	+2

Les références

1. Britannica, The Editors of Encyclopaedia (2020). Orbital | Chimie et physique. Pris de Britannica.com.
2. ByJus (2021). Lignes directrices générales sur le règlement sur la protection des données (RGPD). Pris de byjus.com.
3. Libetexts - Turo School à Cornwall (2020). Orbitales atomiques. Tiré de Chem.Bibliothèque.org.