Orbitale atomique

Représentation des nuages de probabilité de présence de l'électron (en haut) et des isosurfaces à 90 % (en bas) pour les orbitales 1s, 2s et 2p. Dans le cas des orbitales 2p ( $n$ = 2, $ℓ$ = 1), les trois isosurfaces 2p_x, 2p_y et 2p_z représentent les trois orbitales réelles qui ne sont pas directement associées aux valeurs de $m ℓ$ . Les couleurs indiquent la phase de la fonction d'onde : positive en rouge, négative en bleu.

En mécanique quantique, une orbitale atomique est une fonction mathématique qui décrit le comportement ondulatoire d'un électron ou d'une paire d'électrons dans un atome. Cette fonction donne la probabilité de présence d'un électron d'un atome dans une région donnée de cet atome. On la représente ainsi souvent à l'aide d'isosurfaces, qui délimitent la région à l'intérieur de laquelle la probabilité de présence de l'électron est supérieure à un seuil donné, par exemple 90 %. De telles régions ne sont pas nécessairement connexes et peuvent présenter des formes complexes issues des harmoniques sphériques.

Chaque orbitale atomique est définie par un triplet ( $n$ , $ℓ$ , $m ℓ$ ) unique de nombres quantiques qui représentent respectivement l'énergie de l'électron, son moment angulaire et la projection de ce moment angulaire sur un axe donné. Chacune de ces orbitales peut être occupée par au plus deux électrons différant l'un de l'autre par leur nombre quantique magnétique de spin $m s$ . On parle d'orbitales s, p, d et f pour désigner les orbitales définies par un moment angulaire $ℓ$ égal respectivement à 0, 1, 2 et 3. Ces noms proviennent d'anciennes dénominations des raies spectrales des métaux alcalins décrites comme sharp, principal, diffuse et fine ou fundamental ; les orbitales correspondant à $ℓ$ > 3 sont ensuite nommées alphabétiquement g, h, i, k, etc.^[1]^,^[2]^,^[3], en omettant la lettre j car certaines langues ne la distinguent pas de la lettre i^[4].

Les orbitales atomiques sont les constituants élémentaires du nuage électronique, qui permet de modéliser le comportement des électrons dans la matière. Dans ce modèle, le nuage électronique d'un atome à plusieurs électrons peut être approché comme une configuration électronique formée du produit de plusieurs orbitales hydrogénoïdes. La structure du tableau périodique des éléments en blocs comprenant, sur chaque période, un total de 2, 6, 10 ou 14 éléments, est une conséquence directe du nombre maximum d'électrons pouvant occuper des orbitales atomiques s, p, d et f.

Isosurface d'une orbitale 4d d'un atome hydrogénoïde correspondant au triplet de nombres quantiques ( $n$ , $ℓ$ , $m ℓ$ ) = (4, 2, 0). La fonction d'onde est positive en rouge et négative en bleu.

↑ (en) David Griffiths, Introduction to Quantum Mechanics, 1995, Prentice Hall, pp. 190–191. (ISBN 0-13-124405-1)
↑ (en) Ira Levine, (2000). Quantum Chemistry, 5^e édition, 2000, Prentice Hall, pp. 144–145. (ISBN 0-13-685512-1)
↑ (en) Keith J. Laidler, John H. Meiser, Physical Chemistry, 1982, Benjamin/Cummings, p. 488. (ISBN 0-8053-5682-7)
↑ (en) Peter Atkins, Julio de Paula, Ronald Friedman, Quanta, Matter, and Change: A Molecular Approach to Physical Chemistry, 2009, Oxford University Press, p. 106. (ISBN 978-0-19-920606-3)

[0-13-124405-1-1] (en) David Griffiths, Introduction to Quantum Mechanics, 1995, Prentice Hall, pp. 190–191. (ISBN 0-13-124405-1)

[0-13-685512-1-2] (en) Ira Levine, (2000). Quantum Chemistry, 5^e édition, 2000, Prentice Hall, pp. 144–145. (ISBN 0-13-685512-1)

[0-8053-5682-7-3] (en) Keith J. Laidler, John H. Meiser, Physical Chemistry, 1982, Benjamin/Cummings, p. 488. (ISBN 0-8053-5682-7)

[978-0-19-920606-3-4] (en) Peter Atkins, Julio de Paula, Ronald Friedman, Quanta, Matter, and Change: A Molecular Approach to Physical Chemistry, 2009, Oxford University Press, p. 106. (ISBN 978-0-19-920606-3)

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