RÈGLE DES DIAGONALES: À QUOI ÇA SERT ET EXEMPLES - CHIMIE - 2024

La règle des diagonales est un principe de construction qui permet de décrire la configuration électronique d'un atome ou d'un ion, en fonction de l'énergie de chaque orbitale ou niveau d'énergie. En ce sens, la distribution électronique de chaque atome est unique et est donnée par les nombres quantiques.

Ces nombres définissent l'espace où les électrons sont le plus susceptibles de se trouver (appelés orbitales atomiques) et les décrivent également. Chaque nombre quantique est lié à une propriété des orbitales atomiques, ce qui aide à comprendre les caractéristiques des systèmes atomiques par la disposition de leurs électrons dans l'atome et dans leurs énergies.

De même, la règle des diagonales (également connue sous le nom de règle de Madelung) est basée sur d'autres principes qui obéissent à la nature des électrons, afin de décrire correctement leur comportement au sein des espèces chimiques.

Pourquoi est-ce?

Cette procédure est basée sur le principe Aufbau, qui stipule que dans le processus d'intégration des protons au noyau (un par un), lorsque les éléments chimiques sont constitués, les électrons sont également ajoutés aux orbitales atomiques.

Cela signifie que, lorsqu'un atome ou un ion est dans son état fondamental, les électrons occupent les espaces disponibles des orbitales atomiques en fonction de leur niveau d'énergie.

En occupant les orbitales, les électrons sont d'abord localisés dans les niveaux qui ont la plus faible énergie et sont inoccupés, puis ils sont situés dans ceux qui ont la plus grande énergie.

Configurations électroniques des espèces chimiques

De même, cette règle est utilisée pour obtenir une compréhension assez précise des configurations électroniques des espèces chimiques élémentaires; c'est-à-dire les éléments chimiques lorsqu'ils sont dans leur état fondamental.

Ainsi, en acquérant une compréhension des configurations que les électrons présentent dans les atomes, les propriétés des éléments chimiques peuvent être comprises.

L'acquisition de ces connaissances est essentielle pour la déduction ou la prédiction de ces propriétés. De même, les informations fournies par cette procédure permettent d'expliquer pourquoi le tableau périodique s'accorde si bien avec les investigations sur les éléments.

Quelle est la règle des diagonales?

Bien que cette règle ne s'applique qu'aux atomes dans leur état fondamental, elle fonctionne assez bien pour les éléments du tableau périodique.

Le principe d'exclusion de Pauli est respecté, qui stipule que deux électrons appartenant au même atome ne peuvent pas posséder les quatre nombres quantiques égaux. Ces quatre nombres quantiques décrivent chacun des électrons trouvés dans l'atome.

Ainsi, le nombre quantique principal (n) définit le niveau d'énergie (ou coquille) dans lequel se situe l'électron étudié et le nombre quantique azimutal (ℓ) est lié au moment cinétique et détaille la forme de l'orbitale.

De même, le nombre quantique magnétique (m _ℓ) exprime l'orientation que cette orbitale a dans l'espace et le nombre quantique de spin (m _s) décrit le sens de rotation que l'électron présente autour de son propre axe.

En outre, la règle de Hund exprime que la configuration électronique qui présente la plus grande stabilité dans un sous-niveau est considérée comme celle qui a le plus de spins dans des positions parallèles.

En obéissant à ces principes, il a été déterminé que la distribution des électrons est conforme au diagramme ci-dessous:

Dans cette image les valeurs de n correspondent à 1, 2, 3, 4…, selon le niveau d'énergie; et les valeurs de ℓ sont représentées par 0, 1, 2, 3…, qui sont respectivement équivalents à as, p, d et f. Ainsi, l'état des électrons dans les orbitales dépend de ces nombres quantiques.

Exemples

Compte tenu de la description de cette procédure, quelques exemples d'application sont donnés ci-dessous.

En premier lieu, pour obtenir la distribution électronique du potassium (K), il faut connaître son numéro atomique, qui est 19; c'est-à-dire que l'atome de potassium a 19 protons dans son noyau et 19 électrons. Selon le diagramme, sa configuration est donnée par 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ¹.

Les configurations des atomes polyélectroniques (qui ont plus d'un électron dans leur structure) sont également exprimées comme la configuration du gaz rare avant l'atome plus les électrons qui le suivent.

Par exemple, dans le cas du potassium, il est également exprimé par 4s ¹, car le gaz rare avant le potassium dans le tableau périodique est l'argon.

Un autre exemple, mais dans ce cas, c'est un métal de transition, est celui du mercure (Hg) qui a 80 électrons et 80 protons dans son noyau (Z = 80). Selon le schéma de construction, sa configuration électronique complète est:

1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ¹⁰ 5p ⁶ 6s ² 4f ¹⁴ 5d ¹⁰.

Comme pour le potassium, la configuration du mercure peut être exprimée par 4f ¹⁴ 5d ¹⁰ 6s ², car le gaz rare qui le précède dans le tableau périodique est le xénon.

Des exceptions

La règle des diagonales est conçue pour être appliquée uniquement aux atomes qui sont dans un état fondamental et avec une charge électrique égale à zéro; c'est-à-dire qu'il est très bien couplé aux éléments du tableau périodique.

Cependant, il existe quelques exceptions pour lesquelles il existe des écarts importants entre la distribution électronique supposée et les résultats expérimentaux.

Cette règle est basée sur la distribution des électrons lorsqu'ils sont situés dans les sous-niveaux, obéissant à la règle n + ℓ, ce qui implique que les orbitales qui ont une petite magnitude de n + lle sont remplies avant celles qui montrent une plus grande amplitude de ce paramètre.

A titre d'exception, les éléments palladium, chrome et cuivre sont présentés, dont on prévoit des configurations électroniques qui ne concordent pas avec ce qui est observé.

Selon cette règle, le palladium doit avoir une distribution électronique égale à 5s ² 4d ⁸, mais les expériences en ont donné une égale à 4d ¹⁰, ce qui indique que la configuration la plus stable de cet atome se produit lorsque la sous-coque 4d est pleine; c'est-à-dire qu'il a une énergie plus faible dans ce cas.

De même, l'atome de chrome doit avoir la distribution électronique suivante: 4s ² 3d ⁴. Cependant, expérimentalement, il a été obtenu que cet atome acquiert la configuration 4s ¹ 3d ⁵, ce qui implique que l'état d'énergie inférieure (plus stable) se produit lorsque les deux sous-couches sont partiellement remplies.

Références

1. Wikipédia. (sf). Principe d'Aufbau. Récupéré de en.wikipedia.org
2. Chang, R. (2007). Chimie, neuvième édition. Mexique: McGraw-Hill.
3. ThoughtCo. (sf). Définition de la règle de Madelung. Récupéré de thinkco.com
4. LibreTexts. (sf). Principe d'Aufbau. Récupéré de chem.libretexts.org
5. Reger, DL, Goode, SR et Ball, DW (2009). Chimie: principes et pratique. Obtenu sur books.google.co.ve