Orbitale atomique

Le terme d'orbitale atomique est une notion de physique quantique, utilisée dans le modèle quantique de l'atome. Ainsi dans ce modèle, au contraire de l'ancien modèle planétaire de l'atome, on ne considère plus que les électrons d'un atome...

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Chimie quantique - Physique quantique

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14), une orbitale atomique est . un nombre quantique. une fonction d'onde solution de ... 18), un électron pour l'atome à n électrons esr caractérisé par... (source : nte-serveur.univ-lyon1)
donné, on parle alors d'orbitale atomique ψ et l'électron contenu dans cette orbitale atomique est associé à ces trois nombres quantiques.... (source : culturesciences.chimie.ens)

Diagrammes représentant des orbitales électroniques aux niveaux atomique et moléculaire. Le tableau à gauche présente les orbitales arrangées par niveau croissant d'énergie selon la règle de Madelung. Les orbitales électroniques de l'atome sont fonction de trois paramètres : deux angles et la distance du noyau, r. Les images à droite respectent l'angle de l'orbitale, mais ne représentent pas totalement les orbitales.

Le terme d'orbitale atomique est une notion de physique quantique, utilisée dans le modèle quantique de l'atome. Ainsi dans ce modèle, au contraire de l'ancien modèle planétaire de l'atome, on ne considère plus que les électrons d'un atome sont en orbite circulaire (ou même elliptique) autour du noyau, mais occupent de manière probabiliste certaines régions de l'espace autour du noyau. On définit alors comme orbitale atomique une zone de l'espace où la probabilité de trouver un électron autour du noyau est de 95%. Une orbitale peut ne pas être connexe.

Définition

Une orbitale atomique indique la probabilité de présence d'un électron autour du noyau d'un atome isolé. Elle dépend de la fonction d'onde de l'électron (et plus exactement de son module au carré), déterminée par l'équation de Schrödinger en utilisant l'approximation orbitale.

La fonction d'onde $\Psi(r)\,$ satisfait l'équation aux valeurs propres de l'hamiltonien (appelée aussi «équation de Schrödinger indépendante du temps», ou encore «équation des états stationnaires») :

$H\Psi = E\Psi\,$

H est un opérateur nommé hamiltonien, $\Psi\,$ est la fonction d'onde et E est l'énergie associée à cette fonction d'onde. La fonction d'onde $\Psi\,$ peut être rédigée soit en coordonnées cartésiennes x, y et z, soit en coordonnées sphériques r, $\Theta\,$ et $\Phi\,$ :

$\Psi_{n,l,m_l}(x,y,z) = \Psi_{n,l,m_l}(r,\Theta,\Phi)$

$[\Psi_{n,l,m_l}(x,y,z)]ˆ2 dxdydz$ indique la probabilité de trouver l'électron dans l'élément de volume $dx \cdot dy\cdot dz$ centré en $M_{n,l,m_l}(x,y,z)$

$Ψ 2$ est la densité volumique de probabilité de présence, ou densité électronique.

Nombres quantiques

L'état d'un électron dans un atome dépend de son énergie, ses mouvements autour du noyau, la forme de l'orbitale, défini selon 4 paramètres. Ces 4 paramètres sont les nombres quantiques.

Les indices $n$ , $l$ et $m l$ sont les trois nombres quantiques décrivant une orbitale atomique de l'électron :

$n$ est le nombre quantique principal. $n\in[1..\infty]\,$
$l$ est le nombre quantique secondaire (ou azimutal). $l\in[0..n-1]\,$
$m l$ est le nombre quantique tertiaire (ou magnétique). $m_l\in[-l..l]\,$

Le nombre $l$ définit la forme et la symétrie de l'orbitale, et peut être noté en utilisant les lettres s, p, d, f :

l = 0 correspond à l'orbitale s (sharp)
l = 1 correspond à l'orbitale p (principal)
l = 2 correspond à l'orbitale d (diffuse)
l = 3 correspond à l'orbitale f (fundamental)

Le nombre quantique $m s$ est l'unique paramètre à décrire la direction de l'électron : $m s$ positif +1/2 (sens anti-horaire) $m s$ negatif -1/2 (sens horaire)

Table d'orbitales

Cette table montre l'ensemble des orbitales atomiques jusqu'à 7s. Elles sont suffisantes pour caractériser l'ensemble des électrons à l'état essentiel de l'ensemble des éléments de la classification périodique jusqu'à l'ununbium.

	p (l=1)	d (l=2)	f (l=3)
n=1
n=2
n=3
n=4
n=5			...
n=6		...	...
n=7	...	...	...

Références

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