Chapitre 5


Cours




2
La classification périodique


Doc. 4
La fluorite

La fluorite
Le fluor est principalement trouvé sous forme ionique F\mathrm{F^-}, par exemple dans la fluorite, minéral de formule CaF2\text{CaF}_{2}.

Doc. 3
Extrait de la classification

Extrait de la classification

B
Utilisation de la classification

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).

Pas de malentendu

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 !

A
Les critères de classification

La classification périodique s’est construite par tâtonnement au XIXe 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.


Vocabulaire

  • Élément chimique : noyau caractérisé par son numéro atomique.

  • Période : nom donné à une ligne du tableau périodique.

Application

Un atome de fluor a pour configuration électronique 1s22s22p5.
Sa couche externe est 2e (n=n = 2), donc il est dans la 2e ligne.
Sa couche externe contient sept électrons, donc il appartient à la colonne 17 du tableau périodique (famille des halogènes).

1
Le cortège électronique de l’atome


Doc. 2
Règle de Klechkowski

Règle de Klechkowski
Ordre de remplissage des couches électroniques.

Supplément numérique

Retrouvez une vidéo expliquant la structure électronique de l'atome.

Vocabulaire

  • 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).

Supplément numérique

Retrouver plus d’informations en vidéo sur le lithium.

Pour aller plus loin

Chaque sous-couche peut contenir 2(2ll+ 1) électrons.
l=l = 2 correspond à une sous-couche d et l=l = 3 à une sous-couche ff.

Application

Le lithium 3Li_{3}\text{Li} est un élément très utilisé dans la fabrication de batteries.
La configuration électronique d’un atome de lithium est 1s22s1. Sa couche externe est donc la couche n=n = 2 (la 2e) et elle contient un électron.
Cet atome possède deux électrons dans sa couche interne.

Éviter les erreurs

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.

Doc. 1
Modèle de l’atome de carbone

Modèle de l’atome de carbone

B
Remplissage des couches électroniques

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 nn peut contenir 2n2n^2 électrons.

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

A
Une répartition en couches

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

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

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

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

C
Configuration électronique

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

Configuration électronique du carbone
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