Lors de mon précédent article sur le tableau périodique de la physique classique que je vous avais présenté, je vous avais dit que je souhaitais approfondir mes recherches sur ce monument de science réalisé par Mendeleïev et bien aujourd’hui, nous allons attaquer la version quantifiée (de la physique des quantas).
Accrochez-vous parce que ce n’est pas si intuitif et il y’a des termes à approfondir dans un premier temps, en voici une liste.
4/ Nombre quantique secondaire L (Bloc)
6/ Nombre quantique magnétique ml
7/ Nombre quantique magnétique ms
Je vous ai préparé un tableau qui essaie de représenter ces concepts plus visuellement que ce que l’on trouve sur Wikipédia.
Ce qu’on remarque en premier lieu comparé au tableau de physique classique c’est que nous avons deux fois moins de cases. Les éléments ne sont plus représentés mais laissent place à des couches et des sous-couches électroniques.
Nous n’avons donc plus 118 éléments mais une correspondance entre orbitales, sous-couches et blocs définies par 59 cases.
Le nombre N représente l’énergie de l’électron en fonction de sa place sur l’orbital, le nombre L représente le moment angulaire de l’électron c’est à dire sa position sur l’orbital.
Les couches sont représentées par le nombre quantique N > ou égal à 1 qu’on peut aussi appeler période : pour essayer de réconcilier le tableau de la physique classique et le tableau de la physique quantique. C’est ce que j’ai essayé de faire dans ce tableau.
D’autre part les blocs sont représentés par le nombre quantique secondaire L dit azimutal : 0 ≤ ℓ ≤ n – 1. Cela vient du terme en astronomie azimut.
Révisons un petit peu le tableau périodique classique :
Tableau périodique classique :
Tableau périodique quantique :
Voici le tableau que je vous ai préparé :
Comme je l’ai déjà écrit nous n’avons donc plus 118 éléments mais une correspondance entre orbitales, couches, sous-couches et blocs définies par 59 cases.
N est le numéro atomique qui représente le nombre de couches électroniques de l’atome, la période c dite classique reprend les couches du tableau périodique classique.
A gauche vous avez le nombre d’électrons total par période, blocs, orbitales et sous-couches, En quantique on fonctionne toujours par pair, la première couche 1S compte 2 électrons.
Prenons la deuxième couche, elle compte 4 sous-couches 2Sharp 3 sous couches 2Principal qui totalisent 8 électrons.
Pour vous expliquer comment les électrons se répartissent parmi ces couches
On va commencer par faire un petit calcul de configuration électronique pour un élément très important en médecine pour prendre la tension cardiaque systolique et diastolique : le Mercure de symbole atomique Hg.
Si on compare les deux tableaux on a un atome de mercure en position 80 en physique classique (numéro atomique) ce qui correspond à la case 5diffuse du bloc L2(moment angulaire) pour 5 orbitale dans les métaux dits de transitions.
On sait comme en physique classique que pour calculer la configuration électronique d’un élément chimique, il faut se reporter au gaz stable rare le plus proche en dessous dans le tableau périodique, dans notre cas précis c’est le Xénon.
Le Xénon Xe à un numéro atomique de 54 donc nous avons deux solution pour calculer la couche électronique du Mercure Hg
1ère méthode :
On part du Xénon et on va déterminer 80-54 = 36 il nous reste 36 électrons à placer donc on va faire une simple somme entre les différents blocs et orbitales qui ont chacun un nombre d’électrons déterminés 36 = 14 + 10 + 2 : on reste sur la même ligne que l’atome de mercure donc on a la configuration électronique suivante :
[Xe] 4f14+ 5d10 + 6s2 = 54 + 14+10+2 = 80
Mais alors comment repérer les électrons de valence avec cette notation ? : C’est simple ce sont les électrons associés à la couche du numéro atomique le plus élevé.
Dans notre exemple le Mercure a bien la couche 6s2 le nombre quantique 6 est celui qui va délimiter le nombre d’électrons de valence donc 2 sur la période P.
Autre solution, on va utiliser la méthode de Kachlowski reportez-vous bien au tableau pour voir le nombre d’électrons associés à chaque bloc :
On va remplir d’abord la première case du tableau :
La couche 1sharp et on sait qu’elle se remplit de 2 électrons.
On va remplir ensuite la couche 2sharp et 2principal :
on sait que la couche 2s a 2 électrons et on sait que la couche 2p a 6 électrons, ce qui nous fait un total de 8 électrons.
On va ensuite remplir les couches 3s 3p 3d ce qui nous fait 18 électrons.
Ensuite nous avons les couches 4s 4p 4d 4f qui vont donc se remplir par respectivement par 2,10,6,14 électrons soit : 32 électrons
A ce stade il est important de marquer une pause : nous avons un total de 60 électrons.
On sait que nous avons 2 électrons de valence donc deux électrons sur la dernière couche qui participent à la liaison chimique.
Ensuite on va remplir la couche 5s, 5p, 5d, par 2,10,6 ce qui nous fait encore 18 électrons pour finalement avoir une bonne équivalence en terminant avec la couche 6s2 d’une part à la fois le plus haut nombre quantique : 6 qui détermine le nombre d’électrons de valence : 2.
Voici une autre méthode pour utiliser la règle de Kachlowski :
Vous avez compris ? Moi cela m’a pris un peu de temps, cela demande patience et application.
Je reviendrais plus tard compléter l’article en rapport aux orbitales, au nombre quantique magnétique ml et le nombre quantique magnétique de spin. Je vous ai mis les liens au début de l’article, a vous de les approfondir.
Ce qui m’intéresse maintenant c’est de vous détailler les propriétés chimique d’un élément en particulier le Mercure et dans ses moindres caractéristiques.
Le mercure (Hg) 80
Note : Mercure est un élément physique de symbole Hg, il est communément appelé Argent rapide (Quicksilver). Mercure est l’unique élément qui est liquide à des conditions standards pour la température et la pression. Le seul autre élément qui est liquide dans ces conditions est le brome. Il a été découvert par les égyptiens.
Spectre d’émission : le mercure émet des ondes électromagnétiques donc des ondes de lumière intensément dans le bleu et aussi dans le vert.
1 : Propriétés
Poids Atomique ( Masse atomique relative) :
200.592560642052 (g/mol)
Densité (g/cm3) : 13.5336 (g/cm3)
Point de fusion : -38.83°C
Block : d-block veut dire diffuse bloc dans le tableau périodique quantique
2 : Les propriétés atomiques
L’ion mercure :
L’ion mercure est chargé deux fois Hg2+, je pense que c’est lié à ses deux électrons de valence mais à vérifier.
Le potentiel d’ionisation est l’énergie qu’il faut induire à l’atome pour arracher un électron et donc créer un déplacement : 10.438 eV(électron volt)
Le rayon de l’atome
171(pm) se mesure en picomètre soit 10^-12
Le rayon de covalence
Le rayon de covalence est le rayon de la liaison chimique.
209(pm)
Je vous renvoie à la définition par HyperText si vous voulez approfondir mais ce qu’il faut savoir c’est que c’est la plus petite approche d’un atome par une sphère donc potentiellement un autre atome.
3 : Propriétés électromagnétiques
Conductivité électrique : 1040582.72632674 S/m
L’unité utilisé que je ne connaissais pas est le (S/m) Siemens par mètre
C’est le nom d’un ancien physicien qui s’intéressait de près à la conductivité du mercure.
Type électrique : Conducteur
Type Magnétique : Diamagnétisme
Le préfixe dia, veut dire à travers, cela explique pourquoi dans nos tensiomètres le mercure sert à mesurer la pression artérielle systolique et diastolique. Il émet un champ magnétique extérieur opposé ce qui le transforme en instrument de mesure de la pression.
4/ Propriétés Thermodynamiques
Phase : Liquide
L’enthalpie de fusion anciennement appelée la chaleur de fusion (Heat of fusion) est une fonction que je ne connaissais pas mais qui permet de regrouper en une seule équation toutes les variables thermodynamiques d’un matériau.
139.5 (J/kg . K)
La chaleur spécifique est la capacité thermique d’un matériau rapporté à sa masse exprimé en Jouls/kg par Kelvin.
L’expansion thermique est la capacité du matériau à augmenter en longueur, surface ou volume sous l’effet de la chaleur.
60.4 . 10^-6(C°^-1)
59.11 (kJ . mol)