mise à jour : 13 décembre 2021
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Notation Spectroscopique

Auteur: Jean-Yves Chaufray

Avant de voir les autres processus d'émissions, voici quelques rappels et éléments de notation spectroscopique qui seront utilisés dans la suite pour nommer les etats excités des atomes polyatomiques.

Dans le cadre du modèle de Slater, la fonction d'onde polyelectronique peut s'écrire comme le produit de fonctions d'onde monoélectronique, appelée orbitale atomique qui dépend de 3 nombres quantiques :

Pour une valeur n+l donnée, il y a 2l+1 orbitales atomiques de même énergie chacune correspondant à un nombre quantique ml différent. Pour chaque orbitale atomique, on peut définir 2 spin-orbitales, caractérisées par un nombre quantique de spins ms = ± 1/2 différents. D'après le principe d'exclusion de Pauli, on a au maximum deux électrons (de nombres quantiques de spin ms opposés) par orbitale atomique. Deux électrons ne peuvent pas être décrit par une même spin-orbitale (n,l,ml,ms). La règle de Klechkowsky permet de d'ordonner les orbitales atomiques en fonction de leur énergie :

Une fois la règle de Klechkowsky vérifiée, La règle de Hund permet de déterminer les spins des différents électrons de la dernière couche électronique : L'état minimum d'énergie est celui pour lequel le spin total est maximum.

L'état fondamental d'un atome est son état de plus basse énergie. La répartition des électrons dans les différentes orbitales atomiques de l'atome à l'état fondamental doit donc minimiser l'énergie du système. La construction de la configuration électronique fondamentale d'un atome s'effectue à l'aide des règles de Klechkowsky, de Hund et du principe d'exclusion de Pauli.

La configuration électronique du carbone (6 électrons) est 1s22s22p2

La configuration électronique de l'oxygène (8 électrons) est 1s22s22p4

Les électrons de valence, sont les électrons de la dernière couche n remplie, l'atome de carbone possède 4 électrons de valence, l'atome d'oxygène possède 6 électrons de valence.

Un état atomique pour un atome polyélectronique peut aussi être noté sous la forme 2S+1L ou S est la somme des spins des différents électrons et 2S+1 est appelée la multiplicité de spin. Le symbol L est définit par le nombre quantique orbital total des électrons, par analogie avec la notation des orbitales atomiques. Ainsi, si le nombre quantique orbital total L = 0, le symbole utilisé est S, si L =1 le symbole est P, si L=2, le symbole est D etc... Pour l'atome d'oxygène de configuration électronique 1s22s22p4 Les électrons des couches s (l=0) ont des nombres quantiques orbitaux nuls, par ailleurs ces couches sont entièrement remplies, leur contribution au spin total S est donc nulle. Seuls les 4 derniers électrons vont contribuer aux nombres quantiques S et L. La couche p est définit par un nombre quantique l =1, elle est composée de trois sous couches ml = -1, 0 et 1. La règle de Hund (maximisation de S, et pour un spin S donné maximisation de L) et le principe d'exclusion de Pauli (les électrons ne peuvent pas se trouver dans le même état quantique (n,l,ml,ms) permet de remplir les trois sous couches:

o
ml
10-1
msup downupup

Le nombre L total vaut donc L= 2x(1)+0-1=1, le symbol du niveau fondamental de l'atome d'oxygène est donc P.

Le nombre S total vaut S = +1/2 -1/2 +1/2+1/2 = 1 donc 2S+1=3, la notation du niveau fondamental de l'atome d'oxygène est donc 3P.

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