I-2. Les valeurs des potentiels d'ionisation successifs suggèrent que les atomes ont une structure électronique en 'couches'
On peut avoir une idée plus précise de la structure électronique des atomes en étendant notre examen à l'ensemble des potentiels d'ionisation
disponibles, reportés dans le tableau C1-1.
Commençons par l'hélium. Son premier PI (potentiel d'ionisation), 2.37 MJ/mole, est très supérieur à celui de l'hydrogène (1.31) ou du lithium
(0.52), ce qui indique la grande stabilité de l'atome d'hélium. Son deuxième PI est encore plus élevé, 5.25, soit plus de deux fois le premier. Cela
s'explique par le fait que nous arrachons un électron, de charge négative, à un ion He+, de charge positive; nous devons donc vaincre une
attraction électrique plus importante entre particules de charges opposées.
Le cas du lithium est encore plus intéressant. Le premier PI est de 0.52 MJ/mole, le second de 7.30. Cette fois, la différence entre I1 et I2 est
beaucoup plus importante que celle observée dans le cas de l'hélium.
Pourquoi l'attraction est elle si forte entre l'électron qu'on essaie d'arracher et l'ion Li2+ résultant ? Comment expliquer cette stabilité
exceptionnelle de Li+ vis à vis de l'ionisation ?
On note que la différence I3 – I2 pour le lithium est comparable à la différence I2 – I1 mesurée pour l'hélium. Cela suggère que, d'une part,
l'atome de lithium possède un électron facilement 'arrachable' (I1 faible), et donc chimiquement actif, et que, d'autre part, quand Li perd cet
électron, cela donne un ion Li+, avec deux électrons, dont la stabilité est comparable à celle de l'hélium (analogies des différences de PI).
Sur le tableau C1-1, on a écrit en gras, pour chaque élément, la valeur de PI pour laquelle observe un 'saut' important par rapport à la suite de
valeurs précédentes. Cette valeur se décale d'une case vers la droite en allant du Lithium au Néon, et le schéma se répète ensuite du Sodium à
l'Argon.
Pour le Béryllium, le grand 'saut d'énergie' apparaît entre I2 et I3. Cela suggère que, parmi les quatre électrons de l'atome de Béryllium, deux sont
relativement faciles à extraire, et sont donc chimiquement actifs, tandis que les deux autres constituent une structure plus interne, très stable, de
type hélium.
Les éléments allant du Sodium jusqu'à l'Argon montrent une distribution des valeurs des PI comparable à celle observée pour les éléments allant
du Lithium au Néon, mais la structure interne stable serait, dans la série Sodium – Argon, comparable à la structure du Néon. On peut par
exemple se représenter l'atome de Sodium comme un coeur interne de type Néon et un électron externe faiblement lié. La structure électronique
de l'atome de sodium peut être visualisée en reportant le logarithme des potentiels d'ionisation successifs en fonction du nombre d'électrons
successivement arrachés (figure C2-1). Ce diagramme suggère que les électrons de l'atome de Sodium sont organisés en trois groupes, qui seront
appelés 'couches électroniques'.
ChimGen-2 - 5