Exercice : Le principe de Pauli

On se souviendra que (), (), () et ou , que les électrons ont tendance à toujours remplir les couches internes (d'abord, , puis , etc.), et qu'une molécule a tous ses états quantiques remplis.

Oui, d'après le Principe de Pauli, deux électrons peuvent appartenir à une même couche électronique (ou orbite atomique) s'ils ont un spin différent. Pour n=1, on a comme états quantiques possibles : l=0, m_l=0, s=1/2 et l=0, m_l=0, s=-1/2. L'atome devient l'ion (ou anion) ₁H^-.

La première couche contient deux électrons de spin différent, chacun ayant un état quantique différent (n=1, l=0, m_l=0, s=1/2 et -1/2). La deuxième couche contient les états quantiques suivants (n=2, l=0, m_l=0, s=1/2 et -1/2) et (n=2, l=1, ml=-1, s=1/2 et -1/2), (n=2, l=1, ml=0, s=1/2 et -1/2) et (n=2, l=1, ml=1, s=1/2 et -1/2), soit 4 cases quantiques pour 8 états quantiques. L'atome d'oxygène est un système à 10 états quantiques pour 8 électrons, donc deux états restent libres pour y ajouter un ou deux électrons. L'atome devient alors l'ion ₈O^- (ion peroxyde) ou ₈O^2- (ion oxyde).

Une molécule a une valence nulle. Nous avons vu que l'hydrogène n'a qu'un état quantique de libre à partager, et l'oxygène deux. On peut donc former les molécules de dihydrogène H₂ (H-H, 1 électron de valence pour chaque H), de dioxygène O₂ (O=O, 2 électrons de valence pour chaque O), d'eau H₂O (H-O-H, 1 électron de valence pour chaque H et 2 électrons de valence pour O), de peroxyde d'hydrogène H₂O₂ (H-O-O-H, 1 électron de valence pour chaque H et 2 électrons de valence pour chaque O). L'assemblage OH n'est pas une molécule, mais un radical (hydroxyde) car il reste un état quantique de libre (une valence). Le radical -OH est présent dans les molécules d'alcool (méthanol, ethanol, butanol, etc.)