Atomistique théorie atomique
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2.3) STRUCTURES ÉLECTRONIQUESDu point de vue électronique , on construit le tableau périodique en appliquant des règles simples: • On passe d'un élément au suivant en augmentant le numéro atomique de 1. • Chaque période du tableau correspond au remplissage de la même couche électronique externe. Il y a sept périodes dans le tableau, et les nombres d'éléments, en commençant par la première période, sont respectivement : 2, 8, 8, 18, 18, 32. La septième période a six éléments jusqu'à l'uranium et dix-sept jusqu'au lawrencium (Z = 103). • Les atomes d'une même famille d'éléments ont le même nombre d'électrons sur le dernier niveau . • La série des lanthanides est rattachée à la sixième période et celle des actinides , à la septième. Dans ces conditions, nous utiliserons cette année deux représentations : les couches électroniques selon la structure de BOHR et de RUTHERFORD avec les niveaux d'énergie et la représentation de LEWIS. La mécanique quantique, qui ne sera pas abordée cette année, développe les équations mathématiques des orbitales des différents électrons autour du noyau d'un atome. On introduit la notion fondamentale de nuage électronique et on définit la probabilité de présence d'un électron dans un petit volume. Une orbitale électronique est associée à cette probabilité. Sur une orbitale il y a au maximum deux électrons. À titre d'exemple nous montrerons les deux modes de structures électronique avec les atomes de sodium et de magnésium. Selon la représentation BOHR et de RUTHERFORD les électrons sont disposés autour du noyau sur plusieurs couches électroniques. Nous devons cependant respecter les conventions suivantes : La couche K a au maximum deux électrons. La couche L a au maximum huit électrons. La couche M a au maximum dix-huit électrons. En appliquant le principe de PAULI, on démontre que le nombre maximum d'électrons qui correspond à un niveau d'énergie donné (n) est 2n2. Sur la couche K : n=1 2 x 12 = 2 Sur la couche L : n=2 2 x 22 = 8 Sur la couche M: n=3 2 x 32 = 18 Sur chaque couche, on doit placer d'abord un électron (singleton ou électron célibataire) par orbitale. Puis lorsque toutes les orbitales ont un électron célibataire, on ajoute le deuxième électron pour former la paire d'électrons. On commence par remplir la couche K. Lorsque celle-ci est saturée, on passe à la suivante, la couche L et ainsi de suite. Le nombre d'électrons par orbitale est au maximum deux. La représentation de LEWIS se limite aux électrons du dernier niveau : les singletons sont symbolisés par des points et les paires par des segments. Le noyau de l'atome de sodium contient onze protons et douze neutrons. L'atome est électriquement neutre Il y a onze électrons autour du noyau : deux électrons sur la couche K (une paire occupant une orbitale) ; huit électrons sur la couche L (quatre paires occupant quatre orbitales) ; un électron sur la couche M (un singleton occupant une orbitale) .  On peut indiquer cette structure de façon abrégée. Na : 2,8,1 Cette même configuration peut être plus simplifiée encore avec le trognon électronique. On représente ainsi la partie stable de l'atome, c'est-à-dire ses couches électroniques internes. De ce point de vue , le sodium possède les couches K et L de l'atome de néon. Son trognon électronique est donc l'atome de néon. Na : [Ne] , 1 Dans la structure de LEWIS, nous devrons noter simplement l'électron de la dernière couche. Le noyau de l'atome de magnésium contient douze protons et douze neutrons. L'atome est électriquement neutre . Il y a donc douze électrons autour du noyau : deux électrons sur la couche K (une paire occupant une orbitale) ; huit électrons sur la couche L (quatre paires occupant quatre orbitales) ; deux électrons sur la couche M (deux singletons occupant deux orbitales) .  On peut indiquer cette structure de façon abrégée . Mg : 2,8,2 Comme dans le cas du sodium, le trognon électronique est l'atome de néon. Seul le nombre d'électrons périphériques est modifié. Mg : [Ne] , 2 Le dernier niveau d'énergie du magnésium porte deux singletons. Dans la représentation de LEWIS, nous aurons deux points qui symboliseront ces deux électrons célibataires. 23.1) STRUCTURES ÉLECTRONIQUES DANS UNE PÉRIODE Les éléments d'une même période ont le même nombre de niveaux électroniques et le même trognon électronique. 23.2) STRUCTURES ÉLECTRONIQUES DES PRINCIPALES FAMILLES Les éléments d'une même famille ont le même nombre d'électrons sur le dernier niveau électronique et possèdent des propriétés chimiques semblables. Les alcalins ont un électron sur la dernière couche électronique. Les alcalino-terreux ont deux électrons périphériques(deux singletons). Les éléments de la famille de l'oxygène ont six électrons périphériques ( deux paires et deux singletons). Les halogènes ont sept électrons périphériques ( trois paires et un singleton). Les gaz rares ont huit électrons périphériques( quatre paires). 23.3) FORMATION DES IONS Les gaz rares sont inertes chimiquement. Une structure électronique périphérique à huit électrons, c'est-à-dire quatre orbitales avec chacune une paire d'électrons, est stable. Lorsque des atomes réagissent ensemble, ils tendent à acquérir la structure du gaz rare le plus proche. Les électrons de valence sont les électrons qui sont situés sur le dernier niveau électronique et qui servent à former les liaisons chimiques. Leur nombre est égal en général au nombre d'électrons périphériques, sauf pour les gaz rares. Puisque ces derniers sont stables chimiquement, leur nombre d'électrons de valence est égal à zéro. Au cours d'une réaction chimique, les atomes ont tendance à capter ou à perdre des électrons pour devenir stables chimiquement. Ils se transforment ainsi en particules chargées électriquement, appelées des IONS. Ainsi l'atome de sodium perd un électron pour prendre la structure stable du néon. L'atome de sodium contient onze protons et onze électrons. La particule obtenue a onze protons et dix électrons. Elle a une charge positive : c'est un ION POSITIF ou CATION, représenté par Na+ . L'atome de chlore gagne un électron pour prendre la structure stable de l'argon. L'atome de chlore contient dix-sept protons et dix-sept électrons. La particule obtenue a dix-sept protons et dix-huit électrons. Elle a une charge négative : c'est un ION NÉGATIF ou ANION, représenté par Cl-. De la même façon l'atome de magnésium perd deux électrons pour prendre la structure stable du néon. L'atome de magnésium contient douze protons et douze électrons. La particule obtenue a douze protons et dix électrons. Elle a deux charges positives : c'est un ION POSITIF ou CATION, représenté par Mg2+. o Les éléments métalliques sont des donneurs d'électrons . Pour devenir stables, les atomes des éléments métalliques ont tendance à perdre un ou plusieurs électrons, se transformant ainsi en IONS POSITIFS OU CATIONS. -Les atomes alcalins (IA) perdent un électron pour devenir stables (Li+, Na+ , K+ ). - Les atomes alcalino-terreux perdent deux électrons (Be2+ , Mg2+, Ca2+, Ba2+ ). o Les éléments non-métalliques sont des accepteurs d'électrons. Pour devenir stables les atomes captent un ou plusieurs électrons, se transformant ainsi en IONS NÉGATIFS OU ANIONS. - Les atomes des halogènes (VIIA) captent un électron pour devenir stables (F-, Cl- , Br-, I- ) . - Les atomes des éléments de la famille de l'oxygène (VIA) captent deux électrons pour devenir stables (O2-(ion oxyde) , S2- (ion sulfure) ). Entre un métal et un non-métal, on obtiendra une liaison ionique, qui provient de la force d'attraction électrique qui s'exerce entre un cation et un anion. Ainsi dans le sel, il existe des liens ioniques entre les cations Na+ et les anions Cl-. |
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