L’électron

1. Particule élémentaire
2. Masse
3. Taille d’un électron
4. Charge électrique
5. Les électrons dans l’atome
6. Nombre d’électrons et numéro atomique d’un atome
7. Nombre d’électrons et charge du nuage électronique
8. Les ions monoatomiques
9. Électrons et liaison covalente
10. Électrons libres et courant électrique

Particule élémentaire

Un électron est une particule élémentaire, en effet, les théories actuelles ainsi que les expérimentations indiquent qu’il ne peut pas être décomposé en particules plus petites.

Masse

La masse d’un électron est m_e = 9,11.10^-31 kg
La détermination la plus précise est  m_e = 9.10938356.10^-31 kg

Cette masse est extrêmement faible, nettement inférieure à celle d’un nucléon, elle est donc souvent négligée lors du calcul de la masse d’un atome ou d’une masse molaire.

Taille d’un électron

L’électron est une particule microscopique exceptionnellement petite, de taille bien inférieure à celle des nucléons (ou de leurs constituants, les quarks). Elle est si petite que leur taille n’a pas encore pu être déterminée.

Charge électrique

Chaque électron porte une charge électrique élémentaire négative -e de valeur approchée -1,6.10^-19 C  

La valeur la plus précise connue est de 1.6021766208 .10^-19 C

En raison de cette charge, l’électron interagit avec les autre particules chargées :

• Il est repoussé par une particule de charge négative (donc les électrons se repoussent entre eux)
• Il est attiré par une particule chargée positivement (donc les électrons sont attirés par le noyau atomique)

Les électrons dans l’atome

Les électrons tournent autour du noyaux et constituent ce qu’on appelle le nuage électronique. Il se répartissent sur des couche électroniques (K, L, M …) qui constituent la structure électronique de l’atome.

C’est de cette structure que dépendent les propriétés chimiques d’un atome.

En raison de la neutralité électrique d’un atome son nombre d’électrons est égal à son nombre de protons.

Nombre d’électrons et numéro atomique d’un atome

Par définition le numéro atomique Z d’un atome correspond au nombre de protons présents dans son noyau. Chacun d’entre porte une charge élémentaire positive +e.

Puisqu’un atome est toujours neutre, ces Z charges élémentaires positives sont compensées par Z charges élémentaires négatives. La neutralité d’un atome est donc assurée par la présence de Z électrons portant chacun une charge élémentaire négative.

Par conséquent le numéro atomique d’un atome correspond aussi à son nombre d’électrons.

Nombre d’électrons et charge du nuage électronique

Le nombre d’électrons d’un atome (ou d’un ion) peut être déduite de la charge totale q de son nuage électronique. En effet, chaque électron porte une charge électrique élémentaire négative -e. Par conséquent la charge totale correspond au produit nombre d’électrons par la charge de chacun d’entre eux soit la relation suivante:
q = n.(-e)
On en déduit le nombre “n” d’électrons:
n = q / (-e)

Remarque

Dans le cas d’un atome ce nombre correspond aussi au numéro atomique de l’élément.

Les ions monoatomiques

Un ion monoatomique est constitué d’un noyau accompagné d’électrons en excès ou en défaut par rapport à l’atome ayant le même noyau.

Un cation est un ion dont la charge globale est positive, il présente donc un défaut d’électrons (qui eux sont négatifs). Un cation peut se former à partir d’un atome perdant un ou plusieurs électrons.

Un anion est quant à lui un ion dont la charge globale est négative, il présente dont un excès d’électrons. Un anion peut se former à partir d’un atome gagnant un ou plusieurs électrons.

Le nombre d’électrons perdus ou gagnés lors de la formation d’un ion peut être:

• Déterminé à partir de la formule chimique de l’ion car celle-ci mentionne en exposant la charge globale (le signe et le nombre de charges élémentaires). Le nombre correspond au nombre d’électrons échangés, un signe positif indique qu’ils ont été perdus tandis qu’un signe négatif signifie qu’ils ont été gagnés.
• Trouvé à partir de la structure électronique de la forme atomique en appliquant la règle du duet et de l’octet.

Le nombre total d’électrons d’un ion peut être déterminé à partir de son numéro atomique (qui correspond au nombre d’électrons de l’atome) duquel le nombre d’électrons duquel le nombre d’électrons perdu est retranché ou le nombre d’électrons gagnés ajouté.

Le nombre total d’électrons peut aussi être obtenu en écrivant la structure électronique de l’ion.

Électrons et liaison covalente

Les électrons interviennent dans l’établissement de liaisons dites covalente entre deux atomes d’une même molécule.

Deux atomes liés mettent en commun chacun l’un des électrons de leur couche externe. Chaque atome possède ainsi un électron supplémentaire sur sa couche externe, ce qui lui permet d’accroître sa stabilité.

Électrons libres et courant électrique

Dans les métaux solides, les atomes disposent sur leur couches externes d’électrons qui ne sont que très faiblement retenus par le noyau, ces électrons peuvent être libérés à condition qu’un atome voisin puisse les accueillir sur sa couche externe après avoir lui-même libéré certains de ses électrons. Ainsi les métaux disposent d’électrons appelés électrons libres qui se déplacent librement et de manière totalement désordonnée d’atome en atome.  Ces électrons libres procurent aux métaux la capacité de conduire le courant électrique, en effet, lorsqu’un métal est soumis à une tension, l’interaction électrique provoque un mouvement d’ensemble des électrons libres vers la borne positive du générateur et mouvement constitue un courant électrique.