Le cortège électronique

Les électrons sont répartis dans des couches électroniques qui peuvent se découper en sous-couches.

Chaque couche est caractérisée par un nombre entier n \gt 0 et chaque sous-couche est caractérisée par un nombre entier l tel que 0 \le l \lt n.

Pour l = 0, on parle de la sous-couche s et pour l = 1 de la sous-couche p.

Exemple : la couche caractérisée par n = 3 et l = 0 sera la couche 3s.

Les électrons se répartissent sur les différentes couches et sous-couches suivant des règles précises et chaque sous-couche peut contenir un nombre d'électrons maximum qui lui est propre.

Une couche n peut contenir 2n^2 électrons.

Une sous-couche de type s (l = 0) peut contenir deux électrons et une sous-couche de type p (l = 1) peut contenir jusqu'à six électrons.

Attention à bien écrire le nombre d'électrons en exposant pour éviter de le confondre avec le numéro de la sous-couche suivante.

Attention à bien respecter l'ordre de remplissage des sous-couches électroniques.

Parfois un schéma comme celui du doc. 1 peut aider à éviter les erreurs.

La répartition des électrons en sous-couches se nomme la configuration électronique de l'atome.

La configuration électronique peut parfois être appelée structure électronique.

Jusqu'à 18 électrons, les sous-couches se remplissent selon l'ordre suivant : 1s → 2s → 2p → 3s → 3p.

Au-delà de 18 électrons, il faut suivre la règle de Klechkowski (doc. 2).

Exemple : le carbone _{6}\text{C} possède six électrons. Il a pour configuration électronique 1s²2s²2p². Il a donc deux électrons dans chacune de ces sous-couches.

La dernière couche de la configuration électronique qui contient des électrons est appelée couche externe. Elle contient les électrons de valence de l'atome.

Les autres couches sont appelées couches internes et contiennent les électrons de cœur des atomes.

Exemple : le carbone _{6}\text{C} a pour configuration électronique 1s²2s²2p².
Il possède deux électrons de coeur et quatre électrons de valence (2 + 2 = 4).

Ordre de remplissage des couches électroniques.

Chaque sous-couche peut contenir 2(2l+ 1) électrons.

l = 2 correspond à une sous-couche d et l = 3 à une sous-couche f.

Couche externe : dernière couche qui contient au moins un électron. Elle peut être composée de plusieurs sous-couches (voir Exemple).

Électron de valence : électron présent dans la couche externe de la structure électronique (ces électrons sont ceux qui permettent de créer des liaisons chimiques).

Retrouver plus d'informations en vidéo sur le lithium.

La classification périodique s'est construite par tâtonnement au XIX^e siècle jusqu'à la version actuelle dont la base est celle de Dmitri Mendeleïev en 1869.

Les éléments chimiques sont classés en lignes par numéro atomique croissant.

Le remplissage progressif d'une ligne correspond au remplissage progressif d'une couche électronique. Un changement de ligne s'effectue lorsqu'une nouvelle couche commence à se remplir.

Les lignes sont aussi appelées périodes.

Élément chimique : noyau caractérisé par son numéro atomique.

Période : nom donné à une ligne du tableau périodique.

Dans une même ligne (période), les atomes ont les mêmes couches électroniques occupées.

Dans une même colonne (famille chimique), les atomes ont le même nombre d'électrons sur leur couche externe.

Ainsi, en connaissant la position d'un élément dans la classification périodique, on peut en déduire sa configuration électronique et inversement. On peut repérer des blocs selon les dernières sous-couches qui se remplissent (voir classification rabat de fin).

Les éléments d'une même colonne forment facilement des ions monoatomiques qui ont la même charge électrique. Ils ont aussi tendance à faire le même nombre de liaisons lorsqu'ils forment des molécules.

On peut donc prévoir le nombre de liaisons ou l'ion monoatomique que fera un atome si on connaît sa position dans la classification (voir chapitre 6).

La classification est dite périodique car les propriétés chimiques des éléments reviennent périodiquement, ce qui a permis de définir les familles chimiques. En revanche, contrairement à la période vue pour les signaux périodiques, elle n'a pas d'unité et ne se mesure donc pas en seconde !

Le fluor est principalement trouvé sous forme ionique \mathrm{F^-}, par exemple dans la fluorite, minéral de formule \text{CaF}_{2}.