Configuration électronique | Structure de l'atome en Physique-Chimie Seconde

Les électrons ne sont pas répartis au hasard autour du noyau.

Ils occupent des couches ou niveaux d'énergie spécifiques.

Chaque couche peut contenir un nombre maximum d'électrons.

• Couche K : la plus proche du noyau (niveau 1)
• Couche L : deuxième niveau (niveau 2)
• Couche M : troisième niveau (niveau 3)
• Couche N : quatrième niveau (niveau 4)
• Couche O : cinquième niveau (niveau 5)
• Couche P : sixième niveau (niveau 6)

• Couche K : maximum 2 électrons
• Couche L : maximum 8 électrons
• Couche M : maximum 18 électrons
• Couche N : maximum 32 électrons

Les électrons remplissent les couches du plus proche du noyau vers le plus éloigné.

Une couche doit être complètement remplie avant que la suivante ne commence.

La couche externe (de valence) détermine les propriétés chimiques.

• K, L, M, N... représentent les couches électroniques
• Le chiffre entre parenthèses indique le nombre d'électrons
• La lettre majuscule désigne la couche

• Hydrogène (Z=1) : (K)¹
• Hélium (Z=2) : (K)²
• Lithium (Z=3) : (K)²(L)¹
• Oxygène (Z=8) : (K)²(L)⁶
• Néon (Z=10) : (K)²(L)⁸

On peut aussi écrire : K=2, L=8, M=8 pour un atome avec 18 électrons

Ou encore : 2-8-8 (notation simplifiée)

La notation la plus courante est celle avec parenthèses et exposants.

Ce diagramme montre un atome avec 18 électrons : 2 sur la couche K, 8 sur la couche L, et 8 sur la couche M.

La couche externe est la couche M avec 8 électrons.

Cet atome est donc un gaz rare (néon ou argon).

La couche de valence est la couche la plus externe occupée par des électrons.

Elle détermine les propriétés chimiques de l'atome.

Les atomes tendent à avoir 8 électrons sur leur couche de valence (règle de l'octet).

• 1 Principe d'exclusion de Pauli : chaque électron a un état quantique unique
• 2 Règle de Klechkowski : remplissage par ordre d'énergie croissante
• 3 Règle de Hund : les électrons occupent d'abord les orbitales disponibles

L'ordre de remplissage est : 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s...

Pour les premiers éléments, on suit simplement l'ordre des couches K, L, M, N...

• Carbone (Z=6) : (K)²(L)⁴
• Néon (Z=10) : (K)²(L)⁸
• Argon (Z=18) : (K)²(L)⁸(M)⁸
• Calcium (Z=20) : (K)²(L)⁸(M)⁸(N)²

• Hydrogène (Z=1) : (K)¹
• Hélium (Z=2) : (K)² (couche K complète)

• Lithium (Z=3) : (K)²(L)¹
• Béryllium (Z=4) : (K)²(L)²
• Bore (Z=5) : (K)²(L)³
• Carbone (Z=6) : (K)²(L)⁴
• Azote (Z=7) : (K)²(L)⁵
• Oxygène (Z=8) : (K)²(L)⁶
• Fluor (Z=9) : (K)²(L)⁷
• Néon (Z=10) : (K)²(L)⁸ (couche L complète)

• Sodium (Z=11) : (K)²(L)⁸(M)¹
• Magnésium (Z=12) : (K)²(L)⁸(M)²
• Aluminium (Z=13) : (K)²(L)⁸(M)³
• Silicium (Z=14) : (K)²(L)⁸(M)⁴
• Phosphore (Z=15) : (K)²(L)⁸(M)⁵
• Soufre (Z=16) : (K)²(L)⁸(M)⁶
• Chlore (Z=17) : (K)²(L)⁸(M)⁷
• Argon (Z=18) : (K)²(L)⁸(M)⁸ (couche M complète)

Configuration : (K)²(L)⁷

Électrons de valence : 7 (sur la couche L)

Configuration : (K)²(L)⁸(M)⁸(N)²

Électrons de valence : 2 (sur la couche N)

Configuration : (K)²(L)⁸(M)³

Électrons de valence : 3 (sur la couche M)

Configuration : (K)²(L)⁶

Électrons de valence : 6 (sur la couche L)

• 1 Réactivité chimique
• 2 Formation de liaisons
• 3 Type de composés formés
• 4 Propriétés physiques

Les atomes tendent à acquérir une structure électronique stable avec 8 électrons sur la couche de valence (ou 2 pour l'hydrogène).

Cette règle explique pourquoi les atomes forment des liaisons chimiques.

Les gaz nobles (hélium, néon, argon...) ont des couches de valence complètes → très peu réactifs.

Les éléments d'un même groupe du tableau périodique ont le même nombre d'électrons de valence.

Ils ont donc des propriétés chimiques similaires.

Exemple : les alcalins (groupe 1) ont 1 électron de valence → réactifs.

Le sodium a 1 électron de valence sur la couche M. Il tend à le céder pour atteindre la configuration stable (K)²(L)⁸, semblable au néon. Cela le rend très réactif.

Le chlore a 7 électrons de valence sur la couche M. Il tend à capter 1 électron pour atteindre la configuration stable (K)²(L)⁸(M)⁸, semblable à l'argon. Cela le rend très réactif.

L'hélium a sa couche de valence (K) complètement remplie avec 2 électrons. Il est donc déjà stable selon la règle du duet, ce qui le rend peu réactif.

Le carbone a 4 électrons de valence sur la couche L. Pour atteindre la stabilité, il peut former 4 liaisons covalentes, partageant ses électrons pour atteindre la configuration (K)²(L)⁸.

Chaque période du tableau périodique correspond à une couche électronique.

Exemple : les éléments de la 3ème période ont des électrons sur la couche M.

Les éléments d'un même groupe ont le même nombre d'électrons de valence.

Exemple : les alcalins (groupe 1) ont 1 électron de valence.

Exemple : les halogènes (groupe 17) ont 7 électrons de valence.

Grâce à la configuration électronique, on peut prédire les propriétés chimiques.

Les éléments dans la même colonne ont des propriétés similaires.

La position dans le tableau reflète la structure électronique.

Avec 15 électrons : (K)²(L)⁸(M)⁵

On remplit les couches dans l'ordre : K(2) + L(8) + M(5) = 15 électrons

Élément avec Z=15 : phosphore (P)

Période : 3 (car la couche M est la dernière occupée)

Groupe : 15 (car 5 électrons de valence)

Le phosphore a 5 électrons de valence. Il tend à gagner 3 électrons pour atteindre la configuration stable (K)²(L)⁸(M)⁸, ou former des liaisons covalentes. Il est modérément réactif.

Nitrogène (N) dans le même groupe (groupe 15) avec configuration (K)²(L)⁵. Même nombre d'électrons de valence → propriétés chimiques similaires.

• 1 Répartition des électrons sur les couches électroniques
• 2 Détermine les propriétés chimiques
• 3 Influencée par la position dans le tableau périodique

• Couche K : maximum 2 électrons
• Couche L : maximum 8 électrons
• Couche M : maximum 18 électrons
• Électrons remplissent du plus proche au plus éloigné du noyau

• Dernière couche occupée par des électrons
• Détermine la réactivité chimique
• Les atomes tendent à avoir 8 électrons de valence (règle de l'octet)
• Éléments d'un même groupe ont même nombre d'électrons de valence