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.

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.

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Origine du mot "électron"

Le physicien irlandais George Stoney a beaucoup travaillé sur ce qu'il appelait la particule d'électricité, ou l'atome d'électricité. Il a fini par inventer le terme "électron" pour désigner les particules portant une charge électrique élémentaire.

Découverte de l'électron

En 1874, George Stoney prédit l'existence d'une particule porteuse d'une charge électrique élémentaire.

Cependant, l'électron et ses caractéristiques n'ont été réellement découverts qu'en 1897 par le physicien britannique Joseph John Thomson, grâce à une série d'expériences menées sur des rayons cathodiques.

L'électron dans l'atome

 

 

Combien d'électron y a-t-il sur la couche externe de l'atome d'Oxygène ?
L'atome d'Oxygène, de numéro atomique Z = 8, possède 8 électrons, qui gravitent autour du noyau, et sont répartis dans différentes couches

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.

 

Formation des ions par perte ou gain d'électron

Les atomes et les molécules peuvent donner naissance à des ions en échangeant des électrons.

En effet, ils peuvent gagner des électrons et ainsi former des ions négatifs (= des anions) ou au contraire, ils peuvent perdre des électrons, et ainsi devenir des ions positifs (= des cations).

Les électrons libres

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.

 

Quel est le sens de circulation des électrons dans un circuit électronique ?
Dans un circuit électronique, les électrons circulent toujours de la borne - vers la borne +

 

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.

 

Comment se forme la liaison covalente ?
Formation du Dichlore : chaque atome de Chlore apporte un électron. La mise en commun des deux électrons aboutit à la formation d'une liaison covalente entre les deux atomes de Chlore.

 

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.

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Yann

Fondateur de Superprof et ingénieur, nous essayons de rendre disponible la plus grande base de savoir.
Passionné par la physique-chimie et passé par la filière scientifique au lycée, je partage mes cours (après les avoir mis à jour selon le programme de l’Éducation Nationale).