Qboctobre1997

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Les exceptions

par Pierre Demers

FIG. 1. Les 19 cases nominales, les 12 cases terminales des exceptions. Les 40 cases et les 10 tétrades de la colonne vertébrale

Les éléments exceptionnels.

Aussi bien que les éléments normaux, les éléments exceptionnels ont une formule électronique entièrement comprise dans celle du québécium. Chez un élément normal de numéro atomique z, la formule va de l'électron 1 sans interruption jusqu'à l'électron z, tandis que, chez un élément exceptionnel, la formule comporte des interruptions ou lacunes et l'électron de numéro le plus élevé a un numéro plus grand que z. Il faut donc reconnaître, pour ces éléments, comme suit. Tableau 1.

Tableau 1. Glossaire des éléments exceptionnels.

z = numéro atomique de l'élément et nombre d'électrons dans sa formule.

Case z = case nominale; zt = case terminale

zt = z + nombre de lacunes

Dans l'ordre : cases inférieures à la lacune; cases de la lacune; cases supérieures

Pour déterminer la formule électronique d'un tel élément, il faut connaître les lacunes en nombre et en position. Il se trouve que les lacunes sont toutes s ou toutes f et consécutives, ce qui établit 2 catégories d'exceptions. Les cases de la formule forment, de part de d'autre de la lacune 2 séries consécutives, l'une inférieure, l'autre supérieure. La formule comprend des cases supplémentaires, de numéros supérieurs à z. Il se trouve que les cases supplémentaires sont invariablement d. Cela s'interprète par une stabilité particulière des niveaux d comparés aux niveaux s ou f qu'ils supplantent.

Les exceptions sont exclusivement des éléments d et f hors colonne vertébrale. Leur liste au Tableau 2. On y a inscrit la formule en notation traditionnelle comprenant le symbole d'un gaz rare. Notre description de l'exception comprend z, zt et la description de la lacune entre parenthèses.

...................Tableau 2. Les éléments exceptionnels.

................................Deux catégories.

Lacunaires s

..........................................Lacunaires f

Cr A 4s1 3d5

Cr24, 25 (non 20)

Cu [Kr] 4s1 3d10

Cu 29, 30, (non 20)

Nb [Kr] 5s1 4d4

Nb41, 42, (non 38)

Mo [Kr] 4s1 4d5

Mo42, 43, (non 38)

Ru [Kr] 5s1 4d7

Ru44, 45, (non 38)

Rh [Kr] 5s1 4d8

Rh45, 46, (non 38)

Pd [Kr] 4d10

Pd46, 48, (non 38, 39)

Ag [Kr] 5s1 4d10

Ag47, 48, (non 38)

.....................................La [Xe] 6s2 5d1

.....................................La57, 71, (non 57, 58, 59, 60, 61, 62, 53, 64, 65, 66, 67 68, 69, 70)

.....................................Ce [Xe] 6s2 4f1 5d1

.....................................Ce58, 71, (non 58, 59, 60, 61, 62, 53, 64, 65, 66, 67 68, 69, 70)

.....................................Gd [Xe] 6s2 4f7 5d1

.....................................Gd64, 71, (non 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70)

Pt [Xe] 6s1 4f14 5d9

Pt78, 79, (non 56)

Au [Xe] 6s1 4f14 5d10

Au79, 80, (non 56)

.....................................Ac [Rn] 7s2 6d1

.....................................Ac89, 103, (non 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102)

.....................................Th [Rn] 7s2 6d2

.....................................Th 90, 104, (non 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102)

.....................................Pa [Rn] 7s2 5f2 6d1

.....................................Pa91, 103, (non 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102)

.....................................U [Rn] 7s2 5f3 6d1

.....................................U92, 103 (non 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102)

.....................................Np [Rn] 7s2 5f4 6d1

.....................................Np93, 103 (non 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102)

.....................................Cm [Rn] 7s2 5f7 6d1

.....................................Cm96, 103 (non 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102)

Total 10 lacunaires s

Total 19.....................................9 lacunaires f

Lacunes, cases interdites et favorites.

Les lacunes s touchent 3 cases +s : 20, 38 et 56 d'alcalino-terreux et une case -s : 37 d'un alcalin. Ces cases ont des numéros inférieurs à z.

Les lacunes f prédominent largement dans la strate 4.

Les lacunes f touchent toutes les 28 cases f : 57 à 70, 89 à 102. Ces cases ont pour la plupart des numéros supérieurs à z.

On reconnaît des éléments isolacunaires, présentant précisément la même lacune. Tableau 3.

Tableau 3. Les éléments exceptionnels isolacunaires.

Lacune s 20 : Cr, Cu;

Lacune s 38 : Nb, Mo, Ru, Rh, Ag;

Lacune s 56 : Pt, Au;

Lacune f 89 à 102 : Ac, Th.

Parmi les 40 cases d, 13 sont interdites comme cases terminales, ne renfermant jamais un électron terminal zt . Les cases interdites forment une orbitale :

24, 29.

et une tétrade :

57, 64, 89, 96.

Aucun élément n'a l'une de ces cases interdites zi comme case terminale zt. Il reste 27 cases d et dans l'ensemble 107 cases sur 120 qui ne sont pas interdites.

On reconnaît 12 cases servant comme réceptrices et parmi elles, 7 cases favorites, où se situe l'électron terminal zt de plus d'un élément. Les cases favorites forment 1 tétrade ;

25, 30, 43, 48,

et les 4 cases de cette tétrade appartiennent à l'épine dorsale du tableau. Ces 4 cases renferment 9 éléments, dont 5 exceptionnels. Tableau 4.

Tableau 4. Cases interdites, réceptrices, favorites.

Interdites

zi = 24, 29, 41, 47, 57, 64, 78, 89, 90, 91, 92, 93, 96.

Réceptrices.

Cases réceptrices = 25, 30, 42, 43, 45, 46, 48, 71, 79, 80, 103, 104.

Favorites.

zfavori = 25 : Cr, Mn;

= 30 : Cu, Zn;

= 43 : Mo, Tc;

= 48 : Pd, Ag, Cd;

= 71 : La, Gd, Lu;

= 80 : Au, Hg;

= 103 : Ac, U, Np, Cm.

Potentiels de première ionisation.

On pourrait chercher des corrélations avec les potentiels de 1re ionisation, qui s'appliquent à l'électron de la case zt de chaque élément. On trouve une indication générale : les éléments des cases s et f ont globalement des potentiels plus faibles que les éléments des cases d. Cela s'accorde avec la propension de certaines cases de ces blocs à rester vides au bénéfice de cases d dans l'atome neutre des éléments exceptionnels.

Il faut d'ailleurs se rappeler que le potentiel d'ionisation d'un électron de caractère donné dans un atome au repos change selon que sa case est terminale ou non, c'est-à-dire, selon l'élément envisagé. FIGS 2

Les éléments exceptionnels paraissent dans ces figures à l'abscisse z avec la mention de zt. Le caractère exceptionnel d'un élément ne paraît pas affecter la continuïté des diagrammes, sauf peut-être pour Gd64, 71.

Lorsque plusieurs éléments ont la même case zt, on pourrait s'attendre à ce qu'ils aient le même potentiel de 1re ionisation. L'examen des figures FIGS 2 ne confirme pas spécialement cette hypothèse : voyez zt = 25, 30, 43, 48, 71, 80, 103.

FIGS 2. Potentiel de 1re ionisation des éléments. zt en abscisses désigne la case de l'électron de 1re ionisation. z est ajouté s'il est différent de zt. Rouge les cases s, jaune les cases p, vert les cases d, bleu les cases f. Les cases s et f ont des potentiels particulièrement faibles.

FIG. 2.1-20. z = 1-20.

FIG. 2.21-40. z = 21 à 40.

FIG. 2.41.-60. z = 41 à 60.

FIG. 2.61-80. z = 61 à 80.

FIG. 2.81-100. z = 81 à 100.

FIG. 2.101.120. z = 101 à 120. Zéro signifie inconnu.

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Les tableaux figuratifs.

Les 19 figures FIGS 3 donnent les tableaux figuratifs des 19 éléments exceptionnels.

FIGS 3. Tableaux figuratifs (formules électroniques) des éléments exceptionnels. Deux grilles donnent d'abord la formule nominale comme si l'élément était normal, puis la formule réelle où les cases lacunaires sont en demi-teintes. Dans cette dernière grille, 2 cases sont mises en évidence, soit celle du numéro atomique z et celle de Zt électron terminal de la formule; les cases lacunaires apparaissent avec leur numéro barré. Une case correspond au caractère d'un électron (qu'on peut lire FIG. 5).

FIG. 3.1.Cr. Cr 24 de 1 à 25 sauf 20.

FIG. 3.2.Cu. Cu 29 de 1 à 30 sauf 20.

FIG. 3.3.Nb. Nb 41 de 1 à 42 sauf 38.

FIG. 3.4.Mo. Mo 42 de 1 à 43 sauf 38.

FIG. 3.5.Ru. Ru 44 de 1 à 45 sauf 38.

FIG. 3.6.Rh. Rh 45 de 1 à 46 sauf 38.

FIG. 3.7.Pd. Pd 46 de 1 à 48 sauf 37 et 38.

FIG. 3.8.Ag. Ag 47 de 1 à 48 sauf 38.

FIG. 3.9.La. La 57 de 1 à 71 sauf de 57 à 70.

FIG. 3.10.Ce. Ce 58 de 1 à 71 sauf de 58 à 70,

FIG. 3.11.Gd. Gd 64 de 1 à 71 sauf de 64 à 70.

FIG. 3.12.Pt. Pt 78 de 1 à 79 sauf 56.

FIG. 3.13.Au. Au 79 de 1 à 80 sauf 56.

FIG. 3.14.Ac. Ac 89 de 1 à 103 sauf de 89 à 102.

FIG. 3.15.Th. Th 90 de 1 à 104 sauf de 89 à 102.

FIG. 3.16.Pa. Pa 91 de 1 à 103 sauf de 91 à 102.

FIG. 3.17.U. U 92 de 1 à 103 sauf de 92 à 102.

FIG. 3.18.Np. Np 93 de 1 à 103 sauf de 92 à 102.

FIG. 3.19.Cm. Cm 96 de 1 à 103 sauf de 96 à 102.

Régularités.

La représentation des exceptions dans les grilles nouvelles aide à les comprendre et a permis ci-dessus un petit nombre d'observations générales. On souhaiterait trouver des lois générales fondées sur les symétries.

Il apparaît quelques règles de transition concernant le passage de z à zt.

Quantum azimutal l. Changement nul ou égal à -1.

z -> zt, Dl = 0, -1

Une case d reste d ou une case f devient d. Le cas Dl = 0 est accompagné de la disparition d'un ou de deux électron s.

Quantum principal n. Changement nul ou égal à +1.

Dn = 0, 1

Lorsque une case f devient d, n augmente d'une unité.

Somme l+n. Cette somme ne varie pas.

D(l+n) = 0

Le cas Dl = -1 est accompagné de Dn = 1.

Quantum de spin s. Le plus souvent, s garde son signe. Il passe de + à - dans le cas de Gd et de Cm.

Ds = 0, -1

Numéro de strate, numéro de période. Ces numéros ne changent pas.

Tétrade Cr, Cu, Mo, Ag. Parmi les exceptions de la strate 3, un cas se présente de grande régularité, celui de la tétrade Cr, Cu, Mo, Ag. Cette tétrade en z devient une tétrade en zt. Pour chacun de ces éléments, on vérifie comme suit. Les 4 cases zt sont d2.

Dn = 0

Dl = 0

Dm = +1

Ds = 0

On pourrait considérer cette tétrade d'exceptions, existant aux petites valeurs des numéros atomiques où les forces intraatomiques ont l'occasion de s'exercer de la façon la plus simple possible, comme un modèle qui serait suivi aux numéros atomiques supérieurs. Pour chacun de ces éléments, on peut se figurer le changement de cases comme un glissement vers une case de grande stabilité contiguë.

Ce modèle semble suivi imparfaitement dans un cas de la strate 4, mais nullement ailleurs.

Tétrade La, Gd, Ac, Cm. Parmi les exceptions de la strate 4, on remarque le cas de la tétrade La, Gd, Ac, Cm. Cette tétrade en z devient une paire avec double occupation des cases, La et Gd occupant la case 71 5d-2-, Ac et Cm, la case 103 6d-2-. Ces deux cases sont l'une et l'autre d-2-. m change d'une unité.

Dm = +1

Elles forment une sorte de quadrature avec les cases d2 de la tétrade modèle ci-dessus.

La solution générale du problème des exceptions reste à découvrir et elle est évidemment liée intimement au le problème général des forces intraatomiques.

f pour fuite.

La nature semble fuir le quantum azimutal l = 3 dans la configuration des éléments, puisque 8 cases de la couronne f s'éclipsent comme cases terminales au bénéfice de 3 cases zt de la couronne d avec l = 2, au point de s'accumuler dans les 3 cases 71 5d-1-, 103 5d-2- et 104 5d-1-.

Tableaux individuels alignés.

Les tableaux figuratifs des FIGS 6 peuvent se récrire en tableaux individuels linéaires. On donne la formule résultante en termes des caractères numérotés dans la formule du québécium, en regard des numéros d'ordre des électrons dans la formule de l'exception. Tableau 5.

On peut ainsi compter aisément les cases déplacées. On remarque alors que les métaux les plus précieux de la liste, Pt et Au, sont ceux qui en ont le plus grand nombre.

Tableau 5. Tableaux individuels alignés.

Pour chaque exception : caractère des électrons d'après les Nos de la formule du québécium; Nos d'ordre des électrons. Les cases supérieures (à la lacune) sont en bleu.

Cr24, 25

No dans la formule du québécium.

...17....18....19....21....22....23....24....25

...17....18....19....20....21....22....23....24.

No de l'électron dans la formule de l'exception

Le 20e électron de Cr n'est pas le 20e de Qb qui correspond à un alcalino-terreux s0+

Cu29, 30