Calcul de l'énergie des orbitales

Durée : 8 mn

Note maximale : 4

Question

On considère l'atome de lithium Li et ses cations\(\textrm{Li}^{+}\)et\(\textrm{Li}^{++}\).

Calculer en unité atomique les énergies des orbitales occupées dans ces espèces.

Données : constantes d'écran totales des orbitales

\(1\textrm{s(Li})\)

\(2\textrm{s(Li})\)

\(1\textrm{s(Li}^{+})\)

Constante d'écran

0,31

1,7

0,31

Solution

Le numéro atomique du lithium est Z = 3.

L'atome neutre possède 3 électrons. Sa configuration dans l'état fondamental est : \(1\textrm{s}^{2}~2\textrm{s}^{1}\).

L'énergie de l'orbitale 2s est :

\(\epsilon_{2s}(\textrm{Li}) = - \frac{(3 - \mathrm{1,7})^{2}}{2~\times~2^{2}}= -\mathrm{0,21125}~\textrm{u.a.}\)

L'énergie de l'orbitale 1s est :

\(\epsilon_{1s}(\textrm{Li}) = - \frac{(3 - \mathrm{0,31})^{2}}{2~\times~1^{2}}= -\mathrm{3,61805}~\textrm{u.a.}\)

Le cation\(\textrm{Li}^{+}\)possède 2 électrons.

Sa configuration dans l'état fondamental est :\(1\textrm{s}^{2}\).

L'énergie de l'orbitale 1s est aussi :

\(\epsilon_{1s}(\textrm{Li}^{+}) = - \frac{(3 - \mathrm{0,31})^{2}}{2~\times~1^{2}}= -\mathrm{3,61805}~\textrm{u.a.}\)

Le cation\(\textrm{Li}^{++}\)ne possède qu'un seul électron. C'est un ion hydrogénoïde.

Sa configuration dans l'état fondamental est :\(1\textrm{s}^{1}\).

Il n'y a pas d'écran et l'énergie de l'orbitale 1s est :

\(\epsilon_{1s}(\textrm{Li}^{++}) = - \frac{3 ^{2}}{2~\times~1^{2}}= -\mathrm{4,5}~\textrm{u.a.}\)

Rappel : constantes d'écran des orbitales

\(1\textrm{s(Li})\)

\(2\textrm{s(Li})\)

\(1\textrm{s(Li}^{+})\)

Constante d'écran

0,31

1,7

0,31