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Qu’est-ce que le nuage électronique ?

Par Clément M le 17/01/2009 Ressources > Physique-Chimie > Seconde > Ions Monoatomiques et Molécules

Objectifs :

○ Prendre connaissance de données et les réinvestir.
○ Définir la règle de l’octet et la vérifier sur des exemples ( ions monoatomiques et molécules ).

Le Nuage électronique : Formule électronique

Les couches

Pour interpréter certaines observations expérimentales, voici un modèle simple proposé pour « l’organisation » des électrons dans le nuage électronique : Tout se passe comme si les électrons étaient répartis en couches autour du noyau.
○ La première couche ( la plus proche du noyau ) notée K contient 2 électrons au maximum.

○ La deuxième couche notée L contient 8 électrons au maximum.
○ La troisième couche notée M contient 18 électrons au maximum.
○ Pour les couches suivantes, cela se complique mais ce n’est pas au programme.
Dans les cas simples que nous étudierons, quand l’atome est dans son état fondamental ( état de repos ; énergie minimum ), les électrons remplissent les couches dans l’ordre.

Remarque : A propos des modèles : le modèle présenté ici concernant la répartition des électrons en couches suffit largement pour nous au lycée même s’il est loin de représenter la réalité dans les détails. Peut-êtres aurez-vous l’occasion d’étudier des modèles plus complexes lors de vos études…

Formule électronique

Pour indiquer le nombre d’électrons contenus dans chaque couche, on utilise la notation suivante, appelée formule électronique.

 

Exemple : Atome d’azote dont le noyau est 147N :  7 électrons, donc formule électronique : K2 L5.

 

 

Exercice 1 : Donnez la formule électronique de l’atome de carbone, puis de celui de phosphore.

Carbone = 126 C. Donc 6 protons soit 6 électrons. K2 L4.

Phosphore = 3115 P. Donc 15 protons soit 15 électrons. K2 L8 M5.

Règles du duet et de l’octet

Constatation expérimentale

Dans la nature, un atome seul est généralement instable et a donc tendance à se stabiliser en se transformant en ion ou en s’associant avec d’autres atomes pour former une molécule par exemple. Seuls les atome de gaz nobles ( He, Ne, Ar, Kr, … ) sont très stables et n’ont pas cette tendance à se transformer en ions ou à former des molécules.

Cette stabilité particulière des atomes constituant les gaz nobles est liée à la configuration électronique de la couche externe de ces atomes : c’est ce que nous allons étudier maintenant.

Exercice 2 : Donnez la formule électronique des atomes de la famille des gaz nobles :

 

Atome He : K2.

Atome Ar : K2L8M8.

Atome Ne : K2L8.

Atome Kr : K2L8M8N8.

La grande stabilité des atomes de gaz nobles est liée au nombre particulier d’électrons qu’ils possèdent sur la couche externe, c’est à dire :

○ 2 électrons soit un « duet » d’électrons pour l’atome d’hélium He.

○ 8 électrons soit un « octet » d’électrons pour les autres atomes de gaz nobles : Ne, Ar, Kr…

Tout les atomes s’efforcent d’imiter les gaz nobles ou gaz rares en faisant en sorte de ne garder que 8 électrons sur la couche externe ou 2.

La règle de l’octet ( et du duet )

L’expérience montre que, contrairement aux atomes de gaz nobles, les autres atomes, dans les entités qu’ils forment ( ions, molécules ), ont tendance à adopter la même configuration électronique externe que les atomes des gaz nobles. On peut alors énoncer la règle suivante.

Les atomes ont tendance à adopter la même configuration électronique que le gaz noble le plus proche dans la classification, c’est à dire :

○ Deux électrons sur la couche K pour les atomes proche de l’hélium : c’est la règle du « duet ».

○ Huit électrons sur la couche externe pour les autres : C’est la règle de l’octet.

Application de la règle de l’octet à la formation des ions monoatomiques et aux molécules.

Règles de l’octet et formation d’ions monoatomiques.

Définitions : Un atome, ayant perdu ou gagné un ou plusieurs électrons, devient un ion monoatomique. Un ion chargé positivement est appelé cation. Un ion chargé négativement est appelé anion.

Lors de la formation des ions monoatomiques, les atomes perdent ou gagnent un ou plusieurs électrons pour obéir, si possible, aux règles du « duet » et de l’octet.

Exercice 3 : Dans la nature, on rencontre l’ion Na+ mais pas l’ion Na2+, l’ion Mg2++, l’ion Cl- mais pas l’ion Cl2- et Cl+. mais pas l’ion Mg

Donnez la formule électronique de l’atome de sodium Na

→ 2311 Na ( K2 L8
M1 car Z = 11 ) ( Pas stable ).

Justifiez alors l’existence de l’ion Na+ et non celle de Na2+.

→ Pour être stable, il doit perdre un électron pour être en K2 L8 : Règle de l’octet satisfaire. On a alors l’ion Na+.

→ Na2+ = Impossible car on aurait K2 L7 ( Pas stable ).

Justifiez de même l’existence des ions Mg2+ et Cl-.

→ Atome Mg : Z = 12 donc K2 L8 M2.

→ Pour être stable, il doit perdre deux électrons pour être en
K2 L8 : Règle de l’octet satisfaite. On a
alors obtenu Mg2+.

→ Mg+ : Impossible car on aurait K2 L8
M 7.

→ Atome Cl : Z = 17 donc K2 L8 M7.

→ Pour être stable, il doit gagner un électrons pour être en K2
L8 M8 : Règle de l’octet satisfaite. On a
alors obtenu Cl-.

→ Cl2- = Impossible car on aurait K2 L8
M8 N1.

→ Cl+ = Impossible car on aurait K2 L8
M7.

Règle de l’octet et formation de molécules.

Définitions : Une molécule est une entité globalement neutre constituée de plusieurs atomes. Exemples : H2O, O2, CH4.

Pour satisfaire à la règle de l’octet ( ou du
duet ), les atomes peuvent aussi former des molécules. Dans les
molécules, les atomes établissent entre eux des liaisons dites
covalentes en mettant en commun des électrons de leurs
couches externes.

Attention : Les 2 électrons d’une liaison covalente appartiennent tous les deux aussi bien à l’un qu’à l’autre des 2 atomes. Les 2 électrons doivent donc être pris en compte dans le total des électrons de la couche externe de chaque atome.

La liaison covalente

Une liaison covalente simple est une mise en commun de deux électrons entre deux atomes, chaque atome fournissant un électron. Le doublet d’électrons mis en commun ou doublet liant constitue la liaison covalente établie entre les deux atomes. On représente une liaison covalente par un tiret entre les deux atomes concernés.

Une liaison covalente double est une mise en commun de quatre électrons entre deux atomes, chaque atome fournissant deux électrons. On représente une liaison covalente double par deux tirets entre les deux atomes concernés.

Une liaison covalente triple est une mise en commun de six électrons entre deux atomes, chaque atome fournissant trois électrons. On représente une liaison covalente triple par trois tirets entre les deux atomes concernés.

Les doublets non liants

Les électrons de la couche externe d’un atome, qui ne participent  pas aux liaisons covalente, restent sur cet atome et sont répartis en doublets d’électrons appelés doublets non liants. Chaque doublet non liant est représenté par un tiret placé sur l’atome considéré.

Représentation de Lewis d’une molécule

La représentation de Lewis d’une molécule
fait apparaître les liaisons covalentes entre atome et les
doublets non liants de chaque atome. C’est à dire que la
représentation de Lewis fait apparaître tous les
électrons de la couche externe de chaque atome.

 

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