Chapitres
Les électrons sont des particules fondamentales qui orbitent autour du noyau d'un atome. Leur principal rôle est de participer aux interactions électromagnétiques, formant ainsi des liaisons chimiques entre les atomes pour créer des molécules.
? De plus, les électrons sont essentiels au fonctionnement des dispositifs électroniques, car leur mouvement crée un courant électrique, permettant ainsi le transfert d'énergie et d'informations dans les circuits.
Découvrez tout ce qu'il faut savoir sur la particule élémentaire "e" !
Définition et histoire de l'électron ⚛️
Définition de l'électron
Un électron est ce que l'on appelle une particule élémentaire, c'est à dire qu'elle ne peut pas être décomposée en particules plus petites. L'électron est une particule élémentaire de la matière, portant une charge électrique négative.
Il fait partie de la famille des leptons et est caractérisé par sa masse extrêmement faible comparée à celle des protons et des neutrons. Les électrons orbitent autour du noyau d'un atome, contribuant ainsi à sa structure atomique. Leur mouvement crée le courant électrique dans les matériaux conducteurs.
? Les électrons interviennent dans divers phénomènes physiques, chimiques et électriques, jouant un rôle crucial dans les liaisons chimiques, les réactions nucléaires, et sont essentiels au fonctionnement des dispositifs électroniques et électriques modernes.
On trouve les électrons dans tous les atomes.
Symbole de l'électron
✍️ Un électron est représenté par le symbole e- :
e pour désigner l'électron
le signe – en exposant pour évoquer sa charge négative
⚠️ Remarque : ce symbole ne doit pas être confondu avec celui de la charge élémentaire notée "e". Dans le modèle de représentation de Lewis d'un atome ou d'une molécule, les doublets d'électrons (qu'ils soient liants ou non liants) sont représentés par un trait plein tandis que les électrons isolés sont représentés par un point. Lorsque l'on schématise un atome ou un ion il est aussi courant de représenter les électrons par de simples points.
Propriétés physiques de l'électron
Tous les électrons sont identiques et possèdent les mêmes propriétés physico-chimiques.
Masse de l'électron
La masse d'un électron est précisément égale à 9,109382×10-31 kg, soit 5.4857990946×10−4 u en unité de masse atomique
Dans la pratique, elle est couramment arrondie à 9,11×10-31 kg. C'est une valeur très faible. A titre d'exemple, la masse d'un nucléon est estimée à 1.674927471×10−27 kg (arrondie à 1.67×10−27 kg).
Ainsi, lors du calcul de la masse d'un atome par exemple, la masse des électrons aura tendance à être négligée.
Charge de l'électron
Un électron porte une charge de signe négatif, dont la valeur absolue correspond à celle de la charge élémentaire. Ainsi, un électron porte donc une charge – e = −1.602176565×10−19 C (soit - 1,60 x 10 -19 C en valeur arrondie).
⚛️ Comme toute particule chargée, l'électron peut interagir avec d'autres particules chargées. En effet, il sera repoussé par les particules de charge négative : deux électrons se repoussent entre eux. A contrario, il sera attiré par les particules de charge positive : les électrons sont donc attirés par le noyau des atomes, chargé positivement.
Taille de l'électron
L'électron est une particule de taille extrêmement petite. Elle est très inférieure à la taille des nucléons, estimée à 10-15 m. Le rayon des électrons n'a encore jamais été déterminé avec précision, mais les scientifiques s'accordent cependant pour dire qu'il est inférieur à 10-22 m.
L'électron dans l'atome ?
Au sein de l'atome, les électrons gravitent autour du noyau et forment ce que l'on appelle le cortège électronique.
Un atome étant toujours électriquement neutre, la charge négative des électrons compense la charge électrique positive portée par les protons du noyau.
Par conséquent le nombre d'électrons d'un atome correspond aussi au nombre de protons, indiqué par le numéro atomique Z de l'atome.
La trajectoire des électrons n'est pas quelconque, ils se répartissent dans des couches (notées K, L, M, N etc) de plus en plus éloignées du noyau, correspondant à des niveaux d'énergie de plus en plus élevés. C'est la structure électronique de l'atome, et elle a une influence considérable sur ses propriétés chimiques.
La structure ionique de l'atome se réfère à la configuration des électrons et des charges dans un ion. Un ion est un atome qui a gagné ou perdu des électrons, devenant ainsi chargé positivement (cation) s'il a perdu des électrons, ou chargé négativement (anion) s'il en a gagné. Par exemple : le sodium (Na) perd un électron pour former l'ion Na⁺, tandis que le chlore (Cl) gagne un électron pour former l'ion Cl⁻. Ces ions sont stables en raison du changement de leur nombre d'électrons extérieurs, atteignant ainsi une configuration électronique semblable à celle des gaz nobles, ce qui minimise leur énergie potentielle. Cette structure ionique est fondamentale dans la formation de liaisons ioniques et dans la chimie des composés ioniques.
Formation des ions par perte ou gain d'électron
? Les atomes et les molécules peuvent donner naissance à des ions en échangeant des électrons. La perte d'électrons crée un ion positif, appelé cation, car il a maintenant plus de charges positives que négatives. En revanche, le gain d'électrons forme un ion négatif, appelé anion, car il possède désormais plus de charges négatives que positives.
Ce processus se produit généralement lors de réactions chimiques où les atomes cherchent à atteindre une configuration électronique stable.
Les électrons libres ?
Les électrons sont les porteurs de charge dans les systèmes électriques. Lorsqu'ils se déplacent à travers un matériau conducteur, ils forment un courant électrique.
Ce mouvement d'électrons transporte de l'énergie électrique qui peut être utilisée pour alimenter divers appareils et systèmes.
Les électrons participent également aux réactions chimiques dans les piles et les générateurs, produisant ainsi de l'électricité.
En somme, leur flux contrôlé permet de créer, transporter et utiliser l'énergie électrique dans les systèmes électriques modernes.
Définition des électrons libres
⚡️ Certains électrons sont qualifiés de libres. Cela signifie qu'au sein d'un métal, ils peuvent se déplacer librement d'atome en atome. Chaque électron cédé par un atome étant systématiquement remplacé par l'électron reçu d'un atome voisin, les atomes métalliques restent toujours globalement neutres.
Les électrons libres sont des électrons de la couche externe, et sont donc les électrons les plus éloignés du noyau de l'atome. Par conséquent, ils subissent moins fortement que les autres électron l'action attractive du noyau et peuvent donc plus facilement se libérer de celui-ci.
En l'absence de champ électrique, le mouvement de ces électrons libres est aléatoire, il ne possède pas de cohérence.
Origine du courant électrique dans un métal
? Dans un métal, le courant électrique correspond à un flux d'électrons libres. L'existence d'une tension aux extrémités du métal est associée à l'établissement d'un champ électrique et à une force qui influence le mouvement des électrons et les oriente vers la borne positive du circuit. Ainsi, dans un circuit électrique, les électrons partent toujours de la borne négative pour se diriger vers la borne positive.
Remarque : à noter que dans un circuit électrique, le sens de circulation des électrons est l'inverse du sens conventionnel de circulation du courant, qui, pour rappel, par de la borne positive pour se diriger vers la borne négative.
Les électrons et la formation de liaisons covalentes ?
Dans un atome, les électrons non appariés se trouvant dans la couche externe peuvent être mis en commun avec les électrons de valence (= électrons se trouvant sur la couche externe) d'un autre atome : c'est ainsi que se forme une liaison covalente entre deux atomes.
Le "partage" d'électrons externes entre deux atomes permet donc de les lier au sein d'une molécule.
? Ce partage d'électrons permet aux atomes de remplir leur couche de valence et de former des molécules stables. Les électrons partagés sont attirés par les noyaux des deux atomes, créant ainsi une force d'attraction qui maintient les atomes ensemble. Les liaisons covalentes peuvent être simples, doubles ou triples en fonction du nombre d'électrons partagés.
Rayonnement et transition électronique ?
Au sein d'un atome, un électron peut effectuer ce que l'on appelle une transition électronique d'une couche à une autre couche plus élevée à condition de recevoir un rayonnement dont l'énergie coïncide parfaitement avec la différence d'énergie entre les deux couches.
? Après une telle transition, l'atome se trouve dans un état excité et a tendance à perdre cet état d'excitation par un retour de l'électron vers un niveau d'énergie plus bas : celui-ci retourne dans son état fondamental grâce à une ou plusieurs transitions successives qui s'accompagnent d'une libération d'énergie sous forme de rayonnement électromagnétique.
? L'énergie absorbée ou émise est quantifiée et correspond à la différence d'énergie entre les deux niveaux électroniques impliqués dans la transition. Ces transitions électroniques sont responsables de divers phénomènes, tels que l'absorption et l'émission de lumière dans le domaine visible et ultraviolet, ainsi que dans le domaine des rayons X, et jouent un rôle crucial dans la spectroscopie et dans de nombreux processus physiques et chimiques.
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Je suis intervenu sous le nom de « J P ROULAND » et j’ai oublié, pour votre gouverne, de parler du problème posé par le« transfert, transit ou transport !!!» des électrons de la chaîne oxydative mitochondriale. Ces électrons transitent le long de la chaîne par étape jusqu’à un accepteur final, le dioxygène. Les complexes protéiques de la chaîne utilisent l’énergie fournie, lors du transfert des électrons, pour pomper des protons (H+) à travers la membrane mitochondriale , créant ainsi un gradient électrochimique. Il s’agit d’un couplage chimio-osmotique. Il y a vraiment un problème de prise en charge(comment et de quelle façon) de ces électrons; et par quelle moyen ils arrivent À SE DÉTACHER DE LEUR ZONE ORBITALE d’origine , pour fournir leur énergie implicite et explicite et comment ?
intéressant comme site … dommage que pour l’ électron vous ne donniez pas l’origine du nom:électron =ambre en grec.
le phénomène est découvert par les grecs anciens (Thalès? -600) l’ambre frotté par une fourrure induisant une attraction…électrique
Bonjour, avez-vous essayé de contacter l’un de nos professeurs pour recevoir une aide personnalisée ? Excellente journée ! :)
Bonjour Yann, très bon cours :) c’est le deuxième que je lis de vos cours (le premier c’était sur la structure électronique et la règle de l’octet et du duet).
J’ai quelques petites questions si vous permettez ceci-dit (je suis néophyte et autodidacte , donc un peu d’indulgence :) et comme on dit ; y a pas de question idiote) ;
1/ un ion peut-il avoir des électrons libres ??? (càd par exemple un atome qui gagne un électron pour qu’il soit stable ,son nouveau électron là pourrait-il être un électron libre ??)
2/ la couche de conduction n’existe pas ? Je sais qu’il y a la bande de conduction , et Je ne confonds pas les « deux » (dans le cas où le premier truc existe).
Si oui (si elle existe cette fameuse couche) du coup la couche de Valence n’est plus la plus périphérique…non?
3/ j’ai appris grâce à vos cours que la neutralité électrique ne rime pas forcément avec stabilité chimique… vous confirmez ma compréhension de votre cours ?
4/ et derrière question (Ouff :/ vraiment désolé :( ) , sur l’électro négativité ; c’est toujours par rapport à un contexte moléculaire que le truc à un sens ? Çàd on peut pas parler d’électronégativité pour un atome isolé ??
Vraiment besoin de vos réponses, il faut que je progresse dans la compréhension de ces choses si je veux vraiment comprendre les technologies semi conducteurs (dopage, jonction,etc) , je suis électronicien de formation (bac+3) , donc la chimie/physique c’est pas mon domaine de départ comme vous le voyez.
Je serai vraiment reconnaissant :)
Merci d’avance pour vos réponses , et je vais essayer de faire un max de partage pour vos cours si vous voulez , à très bientôt.
Les électrons gravitent autour du noyau ou sont ils également capable de circuler entre les nucléons?
Bonjour, oui car il y a du vide !
Bonne journée !
bonjour, je cherche à savoir si on peut trouver des ions dans toutes les matières? Merci pour votre réponse
Dans les propriétés physiques 10 puissance 31 Kilos, ca fait lourd quand même pour un électron. Idem pour le rayon 10 puissance 22 mètres, plus grand que la terre ;) merci de rectifier
Bonjour,
Fait attention à être plus attentif lorsque tu lis les cours, en effet nous sommes, dans le cas de l’électron, en présence de puissances négatives (donc 10-31 et 10-22 ce qui signifie qu’un électron pèse 0,0000…0031 kg (donc avec 30 zéro), il en va de même avec le rayon de l’électron