Le cortège électronique de l’atome définit ses propriétés chimiques

Cours de chimie “Le cortège électronique de l’atome définit ses propriétés chimiques” est situé dans le programme de 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

1) Les couches électroniques

Les électrons du cortège électronique orbitent dans des zones plus où moins éloignées du noyau appelées “couches électroniques”
La couche n°1 est la plus proche du noyau, la couche n°2 est plus éloignée que la couche n°1, la couche n°3 est plus éloignée que la couche n°2 et ainsi de suite…

Voir cours “Configuration électronique“

2) Les sous-couches électroniques

Chaque couche électronique peut elle-même être divisée en plusieurs zones appelées “sous-couches électroniques”

Chacune de ces sous-couches est repérée par une lettre: s ou p

La couche électronique n°1 ne possède qu’une seule sous-couche “s” mais les couches n°2 et n°3 possèdent chacune une sous-couche “s” et une sous-couche “p”

La sous-couche “s” de la couche n°1 est notée 1s
La sous-couche “s” de la couche n°2 est notée 2s
La sous-couche “p” de la couche n°2 est notée 2p
La sous-couche “s” de la couche n°3 est notée 3s
La sous-couche “p” de la couche n°3 est notée 3p

Une sous-couche “s” peut au maximum contenir deux électrons tandis qu’une sous-couche “p” peut en contenir un maximum de 6.
Le nombre d’électrons hébergés par une sous-couche est noté en exposant.
Par exemple, une sous-couche 1s accueillant 2 électrons est notée 1s² tandis qu’une sous-couche 3p accueillant 5 électrons est notée 3p⁵
Voir cours “Configuration électronique“

3) Configuration électronique d’un atome

La configuration électronique d’un atome indique la répartition de ses électrons dans ses différentes couches et sous-couches.
Elle correspond à la liste des différentes sous-couches électroniques indiquées dans l’ordre (de la plus proche du noyau à la plus éloignée) en précisant le nombre d’électrons dans chacune d’entre elles.

Pour trouver la configuration électronique d’un atome dans son état fondamental (c’est à dire son état le plus stable) il suffit de suivre une règle simple: Les électrons d’un atome occupent en priorité les couches et sous-couches électroniques les plus basses. Une sous-couche ne peut accueillir des électrons que si les sous-couches inférieures sont déjà pleines.

Pour écrire la configuration électronique d’un atome il suffit:

de trouver le nombre d’électrons qu’il possède
de noter la première sous-couche (1s) et d’y placer les deux premiers électrons ce qui donne (1s²)
s’il reste des électrons ils sont notés sur la sous-couche suivante (2s)
si 2s est remplie (2s²) et qu’il reste des électrons on les place sur la sous-couche suivante (2p)
et ainsi de suite jusqu’à ce que tous les électrons soient répartis dans les sous-couches.

Par exemple la configuration électronique du chlore (17 électrons) est 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

Voir cours “Configuration électronique“

4) Couche de valence et électrons de valence

La couche électronique la plus élevée recevant des électrons est appelée couche de valence.

Les électrons présents sur la couche de valence sont appelés électrons de valence.

Les propriétés chimiques d’un atome dépendent de sa couche de valence et des électrons de valence, ce sont eux qui sont exposés au milieu extérieur et qui peuvent interagir avec les autres entités chimiques.
Par exemple la configuration électronique du chlore est 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵ , sa couche de valence est la couche n°3 et celle-ci comporte 2 + 5 = 7 électrons qui correspondent aux électrons de valence.
voir cours “Couches et électrons de valence“

5) Configuration électronique et tableau périodique

Le éléments chimiques sont disposés dans le tableau périodique suivant un numéro atomique croissant mais il existe deux autres règles basées sur la configuration électronique:

Les éléments d’une même période (même ligne) sont tous caractérisés par la même couche de valence ( tous les éléments de la première période ont la couche n°1 comme couche de valence, tous les éléments de la deuxième période ont la couche n°2 comme couche de valence etc)
Les éléments d’une même colonne ont tous le même nombre d’électrons de valence (tous les éléments de première colonne ont un électron de valence, tous les éléments de la deuxième colonne ont deux électrons de valence etc…)

Remarque: ces règles sont basées sur les formes atomiques des éléments.

Il résulte de ces règles l’existence de plusieurs groupes d’éléments qui forment des “blocs” dans le tableau périodique, on distingue en particulier:
– Le bloc “s” constitué des deux premières colonnes du tableau, tous les éléments ont une couche de valence où seule une sous-couche “s” est occupée par des électrons.
– Le bloc “p” constitué des six dernières colonnes du tableau, tous les éléments ont une couche de valence où les derniers électrons de valence occupent une sous-couche “p”.

Voir cours “Tableau périodique” , “blocs s et p“

6) Les familles d’éléments

Les éléments d’une même colonne d’un tableau disposent, par définition, du même nombre d’électrons de valence par conséquent ils possèdent des propriétés chimiques proches. En particulier les éléments d’une même colonne forment le même type d’ions, établissent le même nombre de liaisons.

On dit par conséquent que les éléments d’une même colonne forment une famille.

Par exemple:

Les éléments de la dernière colonne du tableau forment la famille des gaz nobles.
Les éléments de l’avant-dernière colonne du tableau forment la famille des halogènes.

Voir cours “Les familles d’éléments chimiques“