Contenu pédagogique original par Rémi Piau · Programme officiel et cohérence scientifique vérifiés le 8 septembre 2026.
1. Rappels express
| Objet | Ce qu’il faut savoir utiliser |
|---|---|
| Nucléide | Z est le nombre de protons ; A est le nombre total de nucléons ; le nombre de neutrons vaut A − Z. |
| Isotopes | Même élément donc même Z, mais nombres de neutrons et valeurs de A différents. |
| Sous-couches | ℓ = 0, 1, 2, 3 correspond à s, p, d, f. Une sous-couche s contient 1 orbitale, p en contient 3, d en contient 5. |
| Occupation | Une orbitale accueille au plus deux électrons de spins opposés. Les orbitales dégénérées sont occupées séparément avant l’appariement. |
| Configuration | On combine l’ordre de remplissage, le principe de Pauli et la règle de Hund, puis on contrôle le nombre total d’électrons. |
| Cations | Pour les métaux de transition, on retire d’abord les électrons de la couche de plus grand n : 4s avant 3d. |
2. Trois surfaces angulaires représentatives
3. Exercice 1 — nombres quantiques
Énoncé
Parmi les quadruplets suivants, lesquels peuvent décrire un électron ? Combien d’orbitales et d’électrons au maximum comporte une sous-couche 3d ?
- (3, 2, +1, −1/2)
- (2, 2, 0, +1/2)
- (3, 1, −2, +1/2)
Voir la correction
Les contraintes sont : n ≥ 1 ; 0 ≤ ℓ ≤ n − 1 ; −ℓ ≤ mℓ ≤ +ℓ ; ms = ±1/2.
- a est valide : pour n = 3 et ℓ = 2, mℓ peut valoir +1.
- b est impossible : pour n = 2, ℓ ne peut valoir que 0 ou 1.
- c est impossible : pour ℓ = 1, mℓ vaut −1, 0 ou +1, jamais −2.
Pour 3d, ℓ = 2 donne cinq valeurs de mℓ, donc cinq orbitales. À deux électrons par orbitale, la capacité maximale est dix électrons.
4. Exercice 2 — atome et cation
Énoncé
Écrire les configurations électroniques fondamentales de Fe (Z = 26) et de Fe2+. Indiquer le nombre d’électrons non appariés dans le modèle de l’ion libre.
Voir la correction
- Le cœur [Ar] représente 18 électrons.
- Fe possède encore huit électrons : Fe = [Ar] 3d6 4s2.
- Pour former Fe2+, on retire les deux électrons de plus grand n, donc ceux de 4s : Fe2+ = [Ar] 3d6.
- Dans cinq orbitales d dégénérées, six électrons donnent quatre orbitales simplement occupées et une orbitale doublement occupée : quatre électrons restent non appariés.
Contrôle : Fe2+ possède 24 électrons, soit 18 + 6.
5. Exercice 3 — périodicité
Énoncé
Sans utiliser de valeurs tabulées : (a) comparer le rayon atomique de Na et de Cl ; (b) comparer leur première énergie d’ionisation ; (c) classer O2−, F−, Na+ et Mg2+ par rayon décroissant.
Voir la correction
a. Na et Cl appartiennent à la même période. La charge nucléaire effective augmente globalement vers la droite : le rayon de Na est plus grand que celui de Cl.
b. Retirer un électron devient globalement plus difficile vers la droite : la première énergie d’ionisation de Cl est supérieure à celle de Na.
c. Les quatre ions possèdent dix électrons. Dans une série isoélectronique, plus Z est grand, plus les électrons sont attirés. Le rayon décroît donc ainsi : O2− > F− > Na+ > Mg2+.
6. Pour poursuivre sans se disperser
Si ces trois exercices sont difficiles, reprenez d’abord la signification de chaque nombre quantique et le comptage des électrons. Si tout est fiable, passez aux structures de Lewis, à la géométrie, aux interactions faibles et à la stéréochimie.