Structure électronique des atomes

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.