Configuration électronique

Configuration électronique

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Cours de chimie niveau seconde – Constitution et transformations de la matière – Partie 1: de l’échelle macroscopique à l’échelle microscopique – B) Modélisation de la matière à l’échelle microscopique – Le cortège électronique de l’atome définit ses propriétés chimiques.

Définition

La configuration électronique d’un atome indique la répartition de ses électrons dans ses couches et sous-couches électroniques: elle énumère, dans l’ordre, les sous-couches occupées par des électrons ainsi que le nombre d’électrons portés par chacune d’entre elle. 

Exemple

La configuration électronique de l’atome d’oxygène est: 1S22S22p4

Les huit électrons de l’oxygène se répartissent donc sur deux couches (la couche n°1 et la couche n°2)
Deux de ses électrons occupent la sous-couche “s” de la première couche
Deux autres électrons occupent la sous-couche “s” de la deuxième couche
Et quatre électrons sont situées dans la sous-couche “p” de la deuxième couche

Répartition des électrons autour du noyau d’un atome

Les électron d’un atome ne se déplacent pas de manière totalement anarchique désordonnée et imprévisible autour du noyau,  ils n’occupent pas la totalité de l’espace qui entoure ce dernier:
ils orbitent dans des zones concentriques, plus ou moins éloignées du noyau qui sont appelées couches.
Ces couches sont elles-mêmes divisées en plusieurs zones appelées sous-couche.

Couches et sous-couches électroniques

Les couches électroniques sont des zones de l’espaces entourant le noyau situées à chacune à une certaine distance de ce dernier:

  • La couche n°1 est la plus proche du noyau
  • La couche n°2 est plus éloignée du noyau que la couche n°1
  • La couche n°3 est plus éloignée du noyau que la couche n°2
    etc

Chaque couche est divisée en sous-couche qui sont notées “s” ou “p”

Remarque: le programme de seconde se limite au sous-couche “s” et “p” mais il existe aussi des sous couche “d” et “f”

  • La couche n°1 ne possède qu’une sous-couche “s” notée 1s
  • La couche n°2 possède une sous-couche “s” et une sous-couche “p” notées respectivement 2s et 2p
  • La couche n°3 possède une sous-couche “s” et une sous-couche “p” notées respectivement 3s et 3p

Une sous-couche “s” peut accueillir au maximum deux électrons
Une sous-couche “p” peut accueillir au maximum six électrons

Par conséquent:

  • La couche n°1 (qui n’a qu’une sous-couche “s”) peut accueillir un maximum de deux électrons.
  • La couche n°2 et la couche n°3 (qui ont chacune une sous-couche “s” et une “p”) peuvent accueillir chacune un maximum de 2+6 = 8 électrons

Pour un indiquer le nombre d’électrons qui occupent une couche on indique ce nombre en exposant de la lettre associée à la sous-couche.

Exemples
1s1 indique que la sous-couche “s” de la couche n°1 accueille un électrons
2s2 indique que la sous-couche “s” de la couche n°2 accueille deux électrons
2p4 indique que la sous-couche “p” de la couche n°2 accueille quatre électrons

Electrons d’un atome dans son état fondamental

Un atome est dit dans son état fondamentale s’il est dans son état le plus stable qui est aussi sont état d’énergie minimal.

Un atome dispose d’une énergie d’autant plus élevée que ses électrons occupent des couches élevées par conséquent les électrons d’un atome dans son état fondamental occupent les couches les plus basses.

Les atomes dont on étudie la configuration électronique en seconde sont tous dans leur état fondamental mais il existe des phénomènes (en particulier l’absorption de rayonnements) qui fournissent de l’énergie à l’atome et provoquent le passage de certains électrons vers des couches supérieures, dans ce cas l’atome est dans un état dit excité.

Règle de remplissage des couches et sous couches électroniques

Les électrons d’un atome occupent en priorité les couches et les sous-couches les plus basses: La sous-couche n°1 (1s) est occupée en priorité mais si elle est pleine les électrons suivant se positionnent dans couche n°2, d’abord dans la sous-couche 2s puis dans la 2p et ainsi de suite.

Un électron ne peut donc occuper une couche ou une sous-couche que si les couches et sous-couches inférieures sont déjà pleines.

Exemples

  • Si un atome possède un seul électron il occupe la couche et la sous-couche la plus basse: 1s
  • Si un atome possède trois électrons alors les deux premiers occupent d’abord 1s et le troisième occupent la sous-couche supérieure c’est à dire 2s
  • Si un atome a 5 électrons les deux premiers occupent 1s, les deux suivants occupent 2s et le dernier occupe 2p

Méthode pour écrire la configuration électronique d’un atome

  • Il faut tout d’abord déterminer le nombre total d’électrons que possède l’atome. Le plus souvent on utilise le numéro atomique de l’atome (Z) qui peut être trouvé dans le tableau périodique: le nombre d’électrons correspond alors au numéro atomique.
  • Ces électrons doivent être disposés dans les couches et sous-couches les plus basses.
    S’il y a assez d’électrons pour remplir 1s (qui peut accueillir deux électrons) alors on comment par noter la couche 1s et on note les deux électrons en exposant ce qui donne: 1s2
  • Les électrons suivant sont placer sur la sous-couche suivante 2s et s’il y en reste assez pour la remplir alors on ajoute 2s2 dans la configuration ce qui donne:  1s22s2
  • S’il reste des électrons on les note dans la sous-couche suivante (2p) qui peut accueillir jusqu’à 6 électrons, si cette dernière est pleine on ajoute 2p6 à la configuration ce qui donne: 1s22s22p6
  • Et ainsi de suite jusqu’à ce que tous les électrons soient disposées dans des sous-couches.

Exemples d’écriture de configuration électronique pour un atome

  • Configuration électronique de l’atome d’hydrogène
    Son numéro atomique est Z=1 donc cet atome ne possède qu’un électron
    Le seul et unique électron de l’hydrogène appartient à la sous-couche la plus basse c’est à dire 1s. Par conséquent sa configuration électronique est: 1s1
  • Configuration électronique de l’atome de Béryllium
    Pour le béryllium Z= 4 donc il a 4 électrons.
    Les deux premier électrons viennent remplir la première sous-couche (1s)
    Les deux électrons suivant remplissent la deuxième sous-couche (2)
    La configuration électronique est donc:
    1s12s2
  • Configuration électronique de l’atome d’azote
    Le numéro atomique (Z=7) de l’azote indique que cet atome possède un total de 7 électrons
    Les deux premiers viennent remplir la première sous-couche 1s
    Les deux électrons suivant remplissent la sous-couche suivante 2s
    Les trois électrons qui restent viennent occupent une partie de la sous-couche 2p
    Sa configuration électronique est donc:
    1s22s22p3
  • Configuration électronique de l’atome de soufre
    Le soufre a 16 électrons car son numéro atomique est Z=16
    Deux premiers remplissent 1s
    Les deux électrons suivant vont sur la sous-couche qui suit c’est à dire 2s
    Les six électrons d’après remplisse 2p
    Les deux électrons qui suivent remplissent 3s
    Il reste alors 16-2-2-6-2= 4 électrons qui occupent la couche 3p
    La configuration électronique de l’atome de soufre est donc:
    1s22s22p63s23p4

 

Méthode pour écrire la configuration électronique d’un ion monoatomique

La première chose à faire est de trouver le nombre total d’électrons que possède cet ion.

Le numéro atomique n’est pas suffisant car il permet de déterminer le nombre d’électrons pour la forme atomique et non pour la forme ionique, il faut déterminer le nombre d’électrons gagnés ou perdus par rapport à cette forme atomique soit grâce à la formule chimique de l’ion soit en utilisant les règles de stabilité (voir fiche).

Lorsque le nombre d’électrons de l’ion est connu alors les règles d’écriture de la configuration électronique sont les mêmes que pour un atome: il suffit de remplir les couches et sous-couches électroniques en commençant par les plus basses.

Exemples d’écriture de configuration électronique pour un ion

  • Configuration électronique de l’ion sulure (S2-)
    L’atome de soufre de numéro atomique Z=16 possède 16 électrons mais sa forme ionique (S2-) en a deux de plus par conséquent son nombre total d’électrons est 16+2=18.
    Les deux premiers électrons remplissent 1s soit: 1s2
    La sous-couche suivante (2s) accueille deux autres électrons soit 1s22s2
    La couche 2p hébérge les 6 électrons suivant soit 1s22s22p6
    La couche 3s accueille encore deux autre électron soit 1s22s22p63s2
    Les 6 derniers électrons se place sur 3p par conséquent la configuration électronique de l’ion sulfure est: 1s22s22p63s23p6
  • Configuration électronique de l’ion lithium (Li+)
    L’élément lithium a pour numéro atomique Z=3 et son ion monoatomique stable a pour formule chimique Li+. Par conséquent l’atome de lithium a 3 électrons et l’ion lithium en a un de moins soit 3-1=2 électrons.
    Ces deux électrons viennent occuper la sous-couche la plus basse par conséquent la configuration électronique de l’ion lithium est 1s2

Liste des configurations électroniques pour les atomes des trois première périodes

Nom Symbole Z Nombre

d’électrons

 Configuration électronique
Hydrogène

H

1

1

 1s1
Hélium

He

2

2

 1s2
Lithium

Li

3

3

 1s22s1
Béryllium

Be

4

4

 1s22s2
Bore

B

5

5

 1s22s22p1
Carbone

C

6

6

 1s22s22p2
Azote

N

7

7

 1s22s22p3
Oxygène

O

8

8

 1s22s22p4
Fluor

F

9

9

 1s22s22p5
Néon

Ne

10

10

 1s22s22p6
Sodium

Na

11

11

 1s22s22p63s1
Magnésium

Mg

12

12

 1s22s22p63s2
Aluminium

Al

13

13

 1s22s22p63s23p1
Silicium

S

14

14

 1s22s22p63s23p2
Phosphore

P

15

15

 1s22s22p63s23p3
Soufre

S

16

16

 1s22s22p63s23p4
Chlore

Cl

17

17

 1s22s22p63s23p5
Argon

Ar

18

18

1s22s22p63s23p6