Déterminer la configuration électronique d’un atome consiste à répartir les électrons de l’atome sur les différentes orbitales. À l’état fondamental, cette répartition, unique, se fait de telle sorte que l’énergie de l’atome soit minimale.

Comment est défini l’état quantique d’un électron ?

Dans un atome, l’état quantique d’un électron est entièrement décrit par quatre nombres quantiques :

  1. Le nombre quantique principal, $n$. C’est un entier non nul qui définit la couche électronique.
  2. Le nombre quantique secondaire, $l$. C’est un entier compris entre 0 et $n-1$. Le couple $(n,\:l)$ définit la sous couche électronique. Pour $l=0$ (resp. $l=1$, $l=2$ et $l=3$), on parle de sous couche s (resp. p, d et f)
  3. Le nombre quantique magnétique $m_l$. C’est un entier compris entre $-l$ et $l$.  Le triplet $(n,\:l,\:m_l)$ identifie une orbitale atomique.
  4. Le nombre quantique magnétique de spin $m_s$ qui vaut $\pm \frac{1}{2}$

Comment déterminer la configuration électronique d’un atome ?

1. Utiliser la règle de Klechkowski afin de classer les orbitales atomiques par énergies croissantes. Cette règle stipule que :

  • l’énergie d’une orbitale atomique est une fonction croissante de la somme (n+l)
  • en cas d'égalité, l’orbitale atomique de plus basse énergie est celle ayant le plus petit n.

Le diagramme de Klechkowski ci-dessous permet de classer les orbitales au moyen d’une construction simple.

2. Remplir les orbitales atomiques précédemment triées en respectant les le principe d'exclusion de Pauli. Ce principe implique que deux électrons d’un même atome ne peuvent occuper le même état quantique, c’est-à-dire qu’ils ne peuvent avoir quatre nombres quantiques identiques.

3. Utiliser la règle de Hund si le nombre d’électrons est insuffisant pour remplir la dernière sous couche. Cette règle stipule que dans ce cas il faut utiliser le maximum d’orbitales atomiques.

Y a-t-il des exceptions à cette méthode ?

La méthode de remplissage décrite ci-dessus permet de déterminer la plupart des configurations électroniques mais il existe des exceptions que l’on déduit de l’expérience. Ces exceptions qui sont dues aux variations d’énergie en fonction du taux de remplissage d’une sous couche se trouvent principalement au-delà de la quatrième ligne de la classification périodique.

Exemples : Cu(Z=29), Ag (Z=47), Au (Z=79) dont les configurations sont du type $ns^1(n-1)d^{10}$ au lieu de $ns^2(n-1)d^9$.