Chimie Chapitres 18 et 20 Structure électronique des atomes Classification périodique des éléments. 1. Modèle atomique (Bohr : 1913). Nuage électronique 1.1. Description. 1. Les propriétés chimiques de la matière ont pour origine les électrons des atomes. 2. L'atome possède une certaine énergie E, en joules (J). mouvement d'agitation des électrons autour du noyau (énergie cinétique). interactions électriques électrons-noyau (énergie potentielle), les électrons étant plus ou moins « liés » au noyau. 3. Seules certaines valeurs de l'énergie sont permises : l’énergie est quantifiée. 4. Règles de remplissage des niveaux d'énergie. a. Le nombre maximal d'électrons pouvant appartenir au niveau n est 2n2. n est appelé nombre quantique. Quand la couche a atteint ce nombre, elle est dite saturée. couche K L n nbre max d'e- couche M N n noyau E (J) nbre max d'e- Cependant, les couches M, N seront dites pseudo-saturées lorsqu'elles auront acquis 8 électrons. b. Les électrons commencent par occuper les niveaux d'énergie les plus bas. Un niveau n'est commencé que si le précédent est saturé ou pseudo-saturé. On appelle niveau (ou couche) de valence, ou couche externe, le dernier niveau d’énergie occupé. Exemples. Numéro Numéro Atome atomique Structure électronique Atome atomique Structure électronique Z Z Li C Mg O Ca P 1.2. le modèle de Bohr et les spectres lumineux. C’est pour expliquer les spectres lumineux, en particulier les spectres de raies, que Bohr a imaginé ce modèle. Spectre d’émission. Radiation émise atome Spectre d’absorption. Lumière incidente spectre Lumière transmise atome spectre Chimie Chapitres 18 et 20 2. Structure électronique des atomes et classification périodique. Les éléments sont classés par ordre de numéros atomiques croissants. 2.1. Les lignes ou périodes. Le passage à une nouvelle ligne correspond au début du remplissage d'une nouvelle couche. 2.2. Les colonnes qui définissent les groupes. Dans une même colonne, on observe pour les atomes le même nombre d'électrons sur la couche externe (électrons de valence). Colonne Nbre d'électrons de valence Famille chimique 1 2 13 14 15 16 17 18 Exemples Les éléments qui se trouvent dans une même colonne ont des propriétés chimiques voisines. Ils forment la même famille chimique. On y associera le fait que les atomes concernés ont même le nombre d'électrons périphériques. 3. Règles du duet et de l’octet. 3.1. Les gaz nobles. Les corps simples (hélium, néon, argon, krypton) correspondant aux éléments de la dernière colonne présentent une très faible réactivité : ils sont chimiquement inertes. Ceci correspond, pour les atomes à une dernière couche saturée ou pseudo-saturée : - à 2 électrons (ou duet d’électrons) pour l’hélium. - à 8 électrons ou 8 (ou octet d’électrons) pour les autres gaz nobles. 3.2. Règles du duet et de l’octet. Au cours des réactions chimiques, la couche externe des atomes autres que ceux des gaz nobles évolue afin d’acquérir : - un duet pour les atomes dont le numéro atomique est proche de celui de l’hélium, - un octet pour les autres atomes. 3.3. Application aux ions monoatomiques. Donner les formules électroniques des atomes puis des ions correspondant aux éléments sodium, calcium, aluminium, chlorure, oxygène. Colonne Ions 1 2 13 14 15 16 17 18 Etablir les écritures ioniques et les formules de composition des composés ci-dessous. chlorure de sodium, oxyde de potassium, chlorure de baryum, sulfure d’aluminium, oxyde de bore. Remarque. Les corps purs à structure ionique peuvent-ils être des corps simples ? Justifier. Pour les ions correspondant aux éléments nommés « métaux de transition, les règles du duet et de l’octet ne sont pas applicables. Savoir cependant que, puisqu’il s’agit de métaux, on obtiendra des cations.