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Quel diagramme représente le placement correct des six premiers électrons dans la représentation graphique suivante de la configuration électronique d’un élément ?
Une configuration électronique est la représentation de l’arrangement des électrons répartis entre les orbitales et les sous-couches. Les représentations graphiques, ou diagrammes, (A) à (E) illustrés ici, montrent les orbitales d’une sous-couche comme une case dans l’ordre de l’énergie la plus faible à l’énergie la plus haute et utilisent des flèches pour montrer combien d’électrons il y a dans chaque orbitale, avec la direction de la flèche vers le haut ou vers le bas indiquant le spin de l’électron. Afin de déterminer quel choix de réponse représente correctement les six premiers électrons dans les orbitales fournies, nous devons nous rappeler de quelques règles.
La première est que l’ordre dans lequel les électrons remplissent les orbitales est appelé le principe d’Aufbau et stipule que les électrons occuperont les orbitales d’énergie les plus faibles avant de remplir les orbitales d’énergie supérieure. Cela étant dit, l’ordre de remplissage des niveaux d’énergie des orbitales peut être mémorisé en utilisant cette version condensée du diagramme d’énergie d’Aufbau. Nous pouvons le démontrer en traçant des flèches diagonales, en commençant par les électrons remplissant d’abord l’orbitale 1s, puis l’orbitale 2s suivi du remplissage des orbitales 2p sur la même ligne et 3s après cela. Ce patron se poursuit sur toute la ligne jusqu’à ce que tous les électrons aient été pris en compte et est répété à chaque fois en commençant par le haut.
Étant donné que cette question se concentre sur les six premiers électrons, la configuration électronique correcte décriera une orbitale 1s et une orbitale 2s complète, chacune avec deux électrons, suivie de deux électrons dans la sous-couche 2p. En examinant les choix de réponse, nous pouvons éliminer les diagrammes (B), (D) et (E) car ils ne décrivent pas une ou les deux orbitales 1s et 2s avec deux électrons, ou comme des orbitales complètement remplies. Les deux diagrammes (A) et (C) sont des réponses possibles à cette question car ils ont chacun un total de six électrons et les deux montrent deux électrons chacun dans les orbitales 1s, 2s et 2p.
Pour déterminer laquelle des deux est la bonne réponse, il y a une deuxième règle qu’il faut garder à l’esprit. C’est ce que l’on appelle la règle de Hund, qui stipule que les sous-couches d’électrons sont occupées par un seul électron à l’état « haut spin », une flèche vers le haut, avant qu’elles ne soient doublement occupées par des électrons à l’état « bas spin », ou une flèche vers le bas. Pour cette question, cela s’applique à la sous-couche 2p car elle contient trois orbitales. Et les trois orbitales résident au même niveau d’énergie.
En conséquence, les électrons se répartiront entre les trois orbitales de sorte que chaque orbitale 2p soit à moitié remplie par un électron à l’état « haut spin » avant d’apparier un électron à l’état « haut spin » avec un d’électron à l’état « bas spin » dans la même orbitale. Cela s’explique par le fait qu’il existe des forces de répulsion entre les électrons du doublet électronique au sein d’une même orbitale atomique. Sur la base de ces informations, le diagramme (A) peut être éliminé car les deux électrons de la sous-couche 2p doivent être répartis dans différentes orbitales 2p. Et ils devraient tous deux être à l’état « haut spin ».
Le diagramme (C), par contre, illustre le bon remplissage des orbitales et l’état de spin correct des six premiers électrons. Par conséquent, quel diagramme montre le placement correct des six premiers électrons dans une configuration électronique ? La réponse est le diagramme (C).