« Introduction à la mécanique quantique/Les orbitales atomiques » : différence entre les versions
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→Forme des orbitales : ajouts explications + schémas |
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== Forme des orbitales ==
=====Surface frontière=====
La Surface frontière est la surface à l’intérieur de laquelle la probabilité de trouver un électron est grande.
* '''''Orbitale de type s''''' → sphère centrée sur le noyau
<center>[[Image:Orbitale-s.jpg]]</center>
* '''''Orbitale de type p''''' → 2 lobes le long d’un axe commun (x, y ou z) de part et d’autre du plan à cet axe, et centrés sur le noyau. Il y a 3 orbitales p (m = -1, 0, +1), p<sub>x</sub> suivant l'axe des x, p<sub>y</sub> suivant l'axe des y et p<sub>z</sub> suivant l'axe des z,
<center>[[Image:Orbitale-p.jpg]]</center>
{{Coloré|##FF0000|Là où la fonction d'onde Ψ = 0 (et donc Ψ<sup>2</sup> = 0) on a ce qu’on appelle un nœud (c’est là où la fonction d'onde Ψ est nulle, changeant de signe (voir plus loin))}}
* '''''Orbitale de type d''''' → 4 lobes centrés sur le noyau. Il y a 5 orbitales d (m = -2, -1, 0, 1, 2):
> Trois orbitales d comportent 4 lobes qui se développent dans les plans bissecteurs des quadrants : (d<sub>xz</sub>, d<sub>yz</sub>, d<sub>xy</sub>).
> Les deux autres orbitales d sont centrées sur les axes :
# d<sub>x</sub><sup>2</sup> - <sub>y</sub><sup>2</sup> suivant les axes x et y,
# d<sub>z</sub><sup>2</sup> a 2 lobes centrés sur l'axe z et possède un petit volume torique (volume en forme d'anneau, de bouée) centré sur le noyau.
<center>[[Image:Orbitale-d.jpg]]</center>
=====Sections de Ψ=====
Ces sections vont bissecter (couper en deux) l’orbitale en passant par le noyau → passage d'un repère 3D à un repère plane, 2D.
'''<big>{{Coloré|#00CC00|+}}/{{Coloré|#FF0000|-}}</big>''' = Signe de la fonction à cet endroit (≠ charge !). Un changement de signe se faisant par un noeud (c’est là où la fonction d'onde Ψ est nulle)
* '''''Orbitale 1s (nombre quantique principale n=1)'''''
<center>[[Image:Orbitale-1s-2d.jpg]]</center>
La fonction d'onde Ψ y est partout positive.
* '''''Orbitale 2s (nombre quantique principale n=2)'''''
<center>[[Image:Orbitale-2s-2d.jpg]]</center>
On notera le diamètre plus grand de l'orbitale 2s par rapport à l'orbitale 1s, du à un nombre quantique n plus élevé.
On peut voir qu'il existe un nœud sphérique (en vue 2D, représenté par un cercle centré sur le noyau) séparant une zone proche du noyau où le signe de la fonction d'onde Ψ est positif, d'une autre zone plus périphérique où le signe de la fonction d'onde Ψ est négatif. Sur le nœud, le signe sera nul.
* '''''Orbitale 2p (ici, 2p<sub>z</sub>) (nombre quantique principale n=2)'''''
<center>[[Image:Orbitale-2p-2d.jpg]]</center>
On peut voir qu'il existe un nœud plan passant par le noyau et séparant les deux lobes de l'orbitale, l'un où le signe de la fonction d'onde Ψ est positif, l'autre où le signe de la fonction d'onde Ψ est négatif. Sur le nœud, le signe sera nul.
* '''''Orbitale 3s (nombre quantique principale n=3)'''''
<center>[[Image:Orbitale-3s-2d.jpg]]</center>
On notera le diamètre plus grand de l'orbitale 3s par rapport à l'orbitale 2s ou 1s, du à un nombre quantique n plus élevé.
On peut voir qu'il existe 2 nœuds sphériques (en vue 2D, représentés par deux cercles centrés sur le noyau) séparant des zones de l'orbitale où le signe de la fonction d'onde Ψ sera soit positif, soit négatif. Sur les nœuds, le signe sera nul.
* '''''Orbitale 3p (ici 3p<sub>z</sub>) (nombre quantique principale n=3)'''''
<center>[[Image:Orbitale-3p-2d.jpg]]</center>
On notera les lobes plus grands de l'orbitale 3ps par rapport à l'orbitale 2p, du à un nombre quantique n plus élevé.
On peut voir qu'il existe 2 nœuds: un noeud plan passant par le noyau et séparant les deux lobes de l'orbitale, et un nœud sphérique (en vue 2D, représenté par un cercle centré sur le noyau). Sur les nœuds, le signe sera nul.
* '''''Orbitale 3d '''''
> Orbitale d comportant 4 lobes (ici 3d<sub>xy</sub>)
<center>[[Image:Orbitale-3d-2d.jpg]]</center>
On peut voir qu'il existe 2 nœuds plan, qui sont en fait les axes du repère mentionné en indice du 3d (ici 3d<sub>xy</sub>), chacun induisant un changement de signe d'un lobe à un autre. Sur les nœuds, le signe sera nul.
Schémas bientôt !
=====Conclusions=====
→ Pour un même type d’orbitale (orbitales s, orbitales p), plus le nombre quantique n augmente, plus la taille de l’orbitale augmente.
→ Le nombre de nœuds d’une orbitale est égal au nombre quantique principal n diminué d'une unité: n-1
== Notes et références ==
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