Chapitre 4- Eléments
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CHAPITRE IV LES ÉLÉMENTS CHIMIQUES 1- LA CONFIGURATION ÉLECTRONIQUE DES ÉLÉMENTS CHIMIQUES On appelle configuration électronique d'un élément (on dit aussi structure électronique) la spécification de l’occupation des orbitales atomiques par les électrons. Les électrons vont remplir successivement les diverses orbitales en respectant certaines règles. Le principe d'exclusion de Pauli : 1er énoncé: Deux électrons du même atome ne peuvent avoir leur quatre nombres quantiques identiques. 2ème énoncé: Une orbitale atomique ne peut contenir au maximum que deux électrons. La configuration électronique des éléments Chimiques On appelle d'un élément chimique. L’exposant utilisé dans la configuration électronique est égale au nombre totale d’électrons occupant un même type d’orbitales ns, np, nd ou nf. Les orbitales ns ne peuvent contenir que 2 électrons. Les orbitales np ne peuvent contenir que 6 électrons. Les orbitales nd ne peuvent contenir que 10 électrons. Les orbitales nf ne peuvent contenir que 14 électrons. Pour l’hydrogène on écrit: H: 1s1 LES REGLES DE REMPLISSAGE DES OA - LE PRINCIPE D'EXCLUSION DE PAULI Énoncé: Deux électrons du même atome ne peuvent avoir leur quatre nombres quantiques identiques. - RÈGLE DE REMPLISSAGE KLECHKOWSKI Énoncé : L'ordre de remplissage des diverses couches et sous-couches se fait par valeurs croissantes du couple (n + l). Pour une même valeur de (n + l), ils seront classés par ordre de n croissant. ns (n-2)f (n-1)d np Ordre de remplissage des OA 1s2 , 2s2 , 2p6 , 3s2, 3p6, 4s2, 3d10 , 4p6 , 5s2 , 4d10 , 5p5 , 6s2, 4f14, 5d10, 6p6, 7s2, 5f14, 6d10, 7p6 ELECTRONS DE CŒUR ÉLECTRONS DE VALENCE D'un point de vue purement chimique, la dernière couche occupée est primordiale car c'est elle qui va fixer en priorité les propriétés chimiques de l'atome. Elle est appelée la couche de valence de l'atome. Les autres couches plus internes sont appelées des couches de cœur et on les remplace par le symbole du gaz rare de valeur de numéro atomique inférieure et la plus proche. Nom Hélium Néon Argon Krypton Xénon Radon Symbole He Ne Ar Kr Xe Rn Numéro atomique 2 10 18 36 54 86 He Ne Ar Kr Xe Rn pour 2 < Z < 10 pour 10 < Z < 18 pour 18 < Z < 36 pour 36 < Z < 54 pour 54 < Z < 86 pour Z > 86 Exemples : 32 = 18 + 14 (Ar) 4s2 , 3 d10 , 4 p2 Z = 32 : (Ar) 3 d10 , 4s2 , 4 p2 (Ar) 3 3 d10 : Sous-couche complète = coeur 26 = 18 + 8 (Ar) 4s2 , 3 d6 Z = 26 : d6 4s2 , 4p2 : n = 4 => Valence , 4s2 Z = 23 (Ar) 3 d3 , 4s2 4 s2 : n = 4 => Valence 3 d6 : Sous-couche incomplète = Valence 23 = 18 + 5 (Ar) 4s2 , 3 d3 4 s2 : n = 4 => Valence 3 d3 : Sous-couche imcomplète = Valence La Règle de Hund Elle s’applique quand on utilise le formalisme avec les cases quantiques. Elle est relative à l’état fondamental, celui de plus basse énergie. Enoncé : Les électrons ayant en commun les valeur de n et l (appelés électrons équivalents) se répartissent de manière à occuper le maximum d’orbitales atomiques de manière telle que Le nombre d'électrons célibataires sont au maximum dans le même état de spin. . Oxygène : Z = 8 : (He) 2s2 2p4 O O Schéma avec cases quantiques Schémas simplifiés Azote : Z = 7 : (He) 2s2 2p3 N Schéma avec cases quantiques Schémas simplifiés N Exceptions à la Règle de Klechkowski : Z 24 29 41 42 44 45 46 47 57 58 64 78 79 89 90 91 92 93 96 Nom Chrome Cuivre Niobium Molybdène Ruthénium Rhodium Palladium Argent Lanthane Cérium Gadolinium Platine Or Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Curium Symbole Cr Cu Nb Mo Ru Rh Pd Ag La Ce Gd Pt Au Ac Th Pa U Np Cm Configuration selon Klechkowski 4 2 (Ar) 3d 4s (Ar) 3d 9 4s 2 (Kr) 4d 3 5s 2 (Kr) 4d 4 5s 2 (Kr) 4d 6 5s 2 7 2 (Kr) 4d 5s (Kr) 4d 8 5s 2 (Kr) 4d 9 5s 2 (Xe) 4 f 1 6s 2 (Xe) 4 f 2 6s 2 (Xe) 4 f 1 6s 2 (Xe) 4 f 14 5d 8 6s 2 (Xe) 4 f 14 5d 9 6s 2 (Rn) 5 f 1 6d 0 7s 2 (Rn) 5 f 2 6d 0 7s 2 (Rn) 5 f 3 6d 0 7s 2 (Rn) 5 f 4 6d 0 7s 2 (Rn) 5 f 5 6d 0 7s 2 (Rn) 5 f 8 6d 0 7s 2 4s2 3d4 4s1 3d5 4s2 3d9 4s1 3d10 Configuration réelle (Ar) 3d 5 4s 1 (Ar) 3d 10 4s 1 (Kr) 4d 4 5s 1 (Kr) 4d 5 5s 1 (Kr) 4d 7 5s 1 (Kr) 4d 8 5s 1 (Kr) 4d 10 (Kr) 4d 10 5s 1 (Xe) 5d 1 6s 2 (Xe) 4 f 1 5d 1 6s 2 (Xe) 4f 7 5d 1 6s 2 (Xe) 4f 14 5d 9 6s 1 (Xe) 4f 14 5d 10 6s 1 (Rn) 6d 1 7s 2 (Rn) 6d 2 7s 2 (Rn) 4f 2 6d 1 7s 2 (Rn) 4f 3 6d 1 7s 2 (Rn) 4f 4 6d 1 7s 2 (Rn) 4f 7 6d 1 7s 2 Toutes ces exceptions concernent des possédant une sous-couche d ou f incomplète. éléments Toutes ces exceptions ne sont pas à connaître. Mais certaines peuvent être "justifiées" à l'aide d'une règle simple qui s'appliquera aussi dans d'autres domaines que nous aborderons ultérieurement. Cette règle que nous admettrons est la suivante : Une sous-couche totalement remplie ou à 1/2 remplie confère une plus grande stabilité aux atomes. Cette règle s'applique particulièrement aux configurations du type d9 s2 (Cu, Ag et Au) et d4 s2 (Cr, Mo) qui se transformeront respectivement en d10 s1 et d5 s1. On peut considérer qu'un électron de la sous-couche s "saute" sur la sous-couche d pour la compléter à 5 ou 10 électrons. La configuration obtenue est alors plus stable que la configuration initiale. La même règle s'applique au Palladium configuration réelle est en d10 (au lieu de d8 s2) dont la LE TABLEAU PÉRIODIQUE On classe les symboles des éléments chimiques par ordre croissant du numéro atomique Z dans une ligne de manière à obtenir dans une même colonne des fin de configuration électroniques similaires. Si on connaît la place dans la classification, on en déduit immédiatement la configuration électronique (et inversement) Tableau Périodique complet Les différents blocs de la Classification Périodique Bloc s Bloc p Bloc d Bloc f Bloc f Cas de l’Hélium : Bien qu’appartenant au bloc s (1s2), celuici est placé dans le bloc p (groupe des gaz rares). Les Familles d’éléments Certaines familles ont reçues des noms particuliers à connaître. Ligne = période 18 Colonne = famille (ou groupe) 3 4 5 6 7 8 9 13 14 15 16 17 10 11 12 Lanthanides Actinides 1 : Alcalins 17 : Halogènes 2 : Alcalino-terreux 18 : Gaz Rares 16 : Chalcogènes Bloc f = Terres rares Blocs d et f : éléments de transition
