Structure électronique des atomes

Un atome est composé de trois particules subatomiques : les électrons, les protons et les neutrons. Les protons chargés positivement et les neutrons électriquement neutres constituent le noyau atomique, où résident toute la charge positive et la majeure partie de la masse d’un atome.

Les électrons sont les constituants de faible masse chargés négativement situés dans l’espace vide autour du noyau. Un atome est électriquement neutre lorsqu’il a autant d’électrons que de protons.

Les électrons présentent une double nature : particule et onde. Leur localisation dans l’espace et leur énergie sont des propriétés complémentaires. Par conséquent, pour un électron avec une énergie bien définie, sa position est incertaine.

Le modèle de mécanique quantique d'un atome prédit que la probabilité de trouver un électron d'une énergie donnée dans une région tridimensionnelle de l'espace peut être déterminée à partir du carré de la fonction d'onde exprimant la nature ondulatoire de l'électron, également appelée densité de probabilité d'électron.

Une fonction décrivant l’emplacement spatial probable d’un électron d’énergie spécifique dans un atome est appelée orbitale atomique.

Chaque orbitale correspond à une combinaison unique de trois nombres quantiques. Le nombre quantique principal, n, regroupe les orbitales en niveaux d’énergie ou couches.

Le moment angulaire, ou azimutal, nombre quantique, l, regroupe les orbitales à l’intérieur des couches en sous-couches. Chaque valeur de l correspond à une orbitale s, p, d ou f de forme variable.

Certaines formes orbitales peuvent avoir plusieurs orientations possibles, chacune associée à un nombre quantique magnétique, m_l. Le nombre d’orientations pour une sous-couche donnée est égal à deux-l plus un.

Le quatrième nombre quantique — le nombre quantique de spin, m_s — est associé aux électrons occupant une orbitale et n’a que deux valeurs possibles : « plus un demi » et « moins un demi ». Cela garantit qu’il n’y a pas deux électrons dans un atome qui ont les mêmes valeurs pour les quatre nombres quantiques.

La superposition des orbitales les unes sur les autres produit une forme à peu près sphérique, comme un « nuage » d’électrons entourant le noyau. C’est pourquoi les atomes sont généralement représentés sous forme de sphères.