Configuration Électronique Simplifiée

Un atome est constitué de :

• Protons : particules chargées positivement (charge +e), situées dans le noyau
• Neutrons : particules neutres (charge 0), situées dans le noyau
• Électrons : particules chargées négativement (charge -e), situées dans le nuage électronique

Le nombre de protons détermine le numéro atomique Z et l'identité de l'élément.

Les électrons sont organisés en couches (ou niveaux d'énergie) autour du noyau :

• Couche K (n=1) : jusqu'à 2 électrons
• Couche L (n=2) : jusqu'à 8 électrons
• Couche M (n=3) : jusqu'à 18 électrons
• Couche N (n=4) : jusqu'à 32 électrons

Les électrons de la couche la plus externe sont les électrons de valence.

Les électrons de valence sont situés dans la couche électronique la plus externe.

Ils déterminent la réactivité chimique de l'atome.

Ils participent aux liaisons chimiques.

Le nombre d'électrons de valence correspond au numéro du groupe dans le tableau périodique.

Les électrons occupent les orbitales selon des règles précises :

1. Principe d'exclusion de Pauli : un électron peut être décrit par un ensemble unique de 4 nombres quantiques
2. Règle de Klechkowski (ou règle de Madelung) : les orbitales sont remplies dans l'ordre croissant de (n+l), puis de n
3. Règle de Hund : les électrons occupent d'abord les orbitales disponibles avec des spins parallèles

Ordre de remplissage : 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s...

La configuration électronique est écrite sous la forme :

nX^y

Où :

• n est le numéro de la couche (1, 2, 3...)
• X est la lettre de l'orbitale (s, p, d, f)
• y est le nombre d'électrons dans cette orbitale

Exemple : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ pour l'argon (Z=18)

Certaines configurations sont particulièrement stables :

• Configuration de sous-couche complètement remplie (ex : d¹⁰, f¹⁴)
• Configuration de sous-couche à moitié remplie (ex : d⁵, f⁷)
• Ces configurations sont observées pour les éléments de transition
• Exemples : Cr(Z=24) : [Ar] 4s¹ 3d⁵ au lieu de [Ar] 4s² 3d⁴
• Exemples : Cu(Z=29) : [Ar] 4s¹ 3d¹⁰ au lieu de [Ar] 4s² 3d⁹

Deux électrons d'un même atome ne peuvent pas avoir les mêmes 4 nombres quantiques.

Donc, une orbitale ne peut contenir que 2 électrons de spins opposés.

Nombre maximum d'électrons par sous-couche :

• s : 2 électrons (1 orbitale)
• p : 6 électrons (3 orbitales)
• d : 10 électrons (5 orbitales)
• f : 14 électrons (7 orbitales)

Les orbitales sont remplies dans l'ordre croissant de l'énergie, déterminée par la somme (n+l) :

Si deux orbitales ont la même somme (n+l), celle avec le plus petit n est remplie en premier.

Schéma de remplissage : 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p...

Exemple : l'orbitale 4s est remplie avant 3d car (4+0)=4 < (3+2)=5

Les électrons occupent d'abord les orbitales disponibles avec des spins parallèles.

Seulement après que toutes les orbitales soient occupées par un électron, les électrons s'apparient.

Exemple : pour l'azote (Z=7), les 3 électrons p occupent les 3 orbitales p avec des spins parallèles : ↑ ↑ ↑

La configuration électronique simplifiée s'écrit :

[gaz noble] + électrons de valence

Où [gaz noble] représente la configuration du gaz noble précédent dans le tableau périodique.

On ne détaille que les électrons de valence (dernières couches).

• Sodium (Na, Z=11) : [Ne] 3s¹
• Magnésium (Mg, Z=12) : [Ne] 3s²
• Aluminium (Al, Z=13) : [Ne] 3s² 3p¹
• Silicium (Si, Z=14) : [Ne] 3s² 3p²
• Phosphore (P, Z=15) : [Ne] 3s² 3p³
• Soufre (S, Z=16) : [Ne] 3s² 3p⁴
• Chlore (Cl, Z=17) : [Ne] 3s² 3p⁵
• Argon (Ar, Z=18) : [Ne] 3s² 3p⁶

Les électrons de valence sont les électrons situés dans la couche électronique la plus externe.

Ils déterminent les propriétés chimiques de l'élément.

Exemples :

• Na : 1 électron de valence (3s¹)
• Mg : 2 électrons de valence (3s²)
• Al : 3 électrons de valence (3s² 3p¹)
• Cl : 7 électrons de valence (3s² 3p⁵)

Configuration complète : 1s² 2s² 2p³

Configuration simplifiée : [He] 2s² 2p³

Nombre d'électrons de valence : 5 (2s² + 2p³)

Position dans le tableau : 2e période, 15e groupe

Configuration complète : 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

Configuration simplifiée : [Ne] 3s¹

Nombre d'électrons de valence : 1 (3s¹)

Position dans le tableau : 3e période, 1er groupe

Configuration complète : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵

Configuration simplifiée : [Ne] 3s² 3p⁵

Nombre d'électrons de valence : 7 (3s² + 3p⁵)

Position dans le tableau : 3e période, 17e groupe

Configuration complète : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²

Configuration simplifiée : [Ar] 4s²

Nombre d'électrons de valence : 2 (4s²)

Position dans le tableau : 4e période, 2e groupe

La configuration électronique permet de prédire :

• La réactivité d'un élément
• Les types de liaisons qu'il peut former
• Son comportement en tant qu'oxydant ou réducteur
• Sa position dans le tableau périodique

La configuration électronique aide à comprendre :

• Les transitions électroniques
• Les raies d'absorption et d'émission
• Les spectres d'absorption UV-Vis
• Les spectres IR et RMN

La configuration électronique est essentielle pour :

• Comprendre la formation des liaisons covalentes
• Prévoir la géométrie des molécules
• Expliquer les propriétés des groupes fonctionnels
• Étudier les réactions chimiques

Les périodes correspondent au numéro de la couche électronique externe :

• 1ère période : n = 1 (1s¹ → 1s²)
• 2e période : n = 2 (2s¹ → 2s² 2p⁶)
• 3e période : n = 3 (3s¹ → 3s² 3p⁶)
• 4e période : n = 4 (4s¹ → 4s² 3d¹⁰ 4p⁶)

Le numéro du groupe indique le nombre d'électrons de valence :

• Groupes 1 et 2 : 1 ou 2 électrons s
• Groupes 13 à 18 : électrons s et p (ns² np¹⁻⁶)
• Groupes 3 à 12 : électrons s et d (transition)
• Lignes lanthanides et actinides : électrons f

• Alcalins (groupe 1) : ns¹
• Alcalino-terreux (groupe 2) : ns²
• Halogènes (groupe 17) : ns² np⁵
• Gaz nobles (groupe 18) : ns² np⁶ (sauf He)

• Configuration électronique : organisation des électrons dans les orbitales
• Électrons de valence : électrons de la couche externe
• Orbitale : espace où la probabilité de trouver un électron est maximale
• Configuration simplifiée : [gaz noble] + électrons de valence

• Principe d'exclusion de Pauli : 2 électrons max par orbitale
• Règle de Klechkowski : remplissage selon (n+l)
• Règle de Hund : maximisation du spin total

• Configuration d¹⁰ et f¹⁴ sont particulièrement stables
• Configuration d⁵ et f⁷ sont également stables
• Certaines exceptions existent (Cr, Cu, Ag, Au...)