Les atomes polyélectroniques

La configuration électronique à elle seule ne définit pas l'état quantique du nuage électronique. Dans le cas de sous-couches partiellement remplies, elle ne donne pas d'indication précise sur les orbitales qui interviennent dans la fonction d'onde. Elle ne précise pas non plus l'état des spins électroniques.

Considérons par exemple le cas du bore dans son état fondamental. La configuration électronique est alors \(1\textrm s^2 2\textrm s^2 2\textrm p^1\). Il y a un électron "célibataire" sur la sous-couche \(2\textrm p\). S'il n'y a aucune ambiguïté sur les spin-orbitales occupées de type \(\textrm s\), on peut par contre envisager 6 possibilités en tout pour l'électron \(2\textrm p\), car on peut choisir parmi les trois orbitales de la sous-couche \(2\textrm p\) et affecter un spin \(\alpha\) ou \(\beta\).

Les trois orbitalesde la sous-couche \(2\textrm p\) sont les orbitales complexes \(2\textrm p_{-1}\), \(2\textrm p_0\) et \(2\textrm p_{+1}\) ou les orbitales réelles \(2\textrm p_x\), \(2\textrm p_y\) et \(2\textrm p_z\). On a vu dans le chapitre précédent que ces orbitales réelles se distinguent chacune par leur axe de révolution.

Il n'y a en fait aucune raison de privilégier une orbitale \(2\textrm p\) plutôt qu'une autre. On polariserait sinon le nuage électronique suivant une direction particulière alors que l'atome isolé est de symétrie sphérique. On doit donc considérer toutes ces possibilités comme équivalentes et de même énergie.

L'état fondamental du bore présente une dégénérescence orbitalaire.

Ces mêmes considérations s'appliquent à l'état de spin. Que l'électron soit de spin \(\alpha\) ou \(\beta\) , l'énergie de l'atome est la même.

L'état fondamental du bore présente aussi une dégénérescence de spin.

Le spectre énergétique (énergie totale \(\mathrm{E}\)) de l'atome de bore présente un premier niveau 6 fois dégénéré qui correspond à la configuration électronique

En éfleurant les niveaux dégénérés de l'atome ci-dessus, on fait apparaître ci-contre les 6 arrangements possibles des électrons et de leur spin sur les orbitales dans la configuration de l'état fondamental du bore.