La structure électronique des atomes et des ions simples ou comment s'organisent les électrons autour du noyau

[modifier ( modifier-40-section-1.cours)]Les électrons adoptent une structure particulière autour du noyau

Les atomes sont constitués d'un noyau atomique (constitué de protons et de neutrons) autour duquel gravitent des électrons. Ces électrons ne se répartissent pas anarchiquement, mais adoptent une structure particulière, appelée structure électronique. C'est donc à cette structure que nous allons nous intéresser ici. La structure électronique d'un atome permet d'expliquer ses propriétés chimiques, ou encore sa manière de se lier avec les autres atomes dans les molécules.

[modifier ( modifier-40-section-2.cours)]Les électrons se répartissent selon des couches électroniques

La structure électronique d'un atome se compose de différentes couches. Les électrons sont répartis dans ces couches, appelées couches électroniques. Par exemple, un atome d'aluminium possède trois couches électroniques : sur la première couche "gravitent" deux électrons, sur la deuxième huit, et sur la troisième trois. Et chaque atome a ainsi une répartition particulière des électrons en orbite autour de son noyau.

Pourtant, les électrons ne sont pas localisables réellement autour du noyau. Il ont seulement une certaine probabilité de se trouver à un endroit donné. Les couches électroniques sont justement une interprétation de ce fait. Les couches électroniques d'un atomes sont en fait les endroits où un électron a le plus de chance de se trouver.
(Si vous n'arrivez pas à vous imaginer cela, inutile de s'encombrer l'esprit avec, nous n'en aurons pas besoin pour la suite )

[modifier ( modifier-40-section-3.cours)]Chaque couche possède une capacité maximale

Le remplissage des couches suit quelques règles. Ainsi, sur chaque couche électronique, il ne peut pas y avoir plus d'un certain nombre d'électrons. D'une façon générale, le nombre maximal d'électrons sur une couche correspond à , où N est le numéro de la couche étudiée.
Par exemple, la quatrième couche électronique d'un atome ne peut contenir plus de électrons, soit 32 électrons.
Il existe une autre règle : la dernière couche électronique, où couche périphérique, ne peut contenir plus de 8 électrons, c'est la règle de l'octet. Mais, évidement, s'il s'agit aussi de la première couche, elle ne pourra comporter plus de 2 électrons, c'est la règle du duet.

Par exemple, la 6ème couche électronique ne peut contenir plus de 72 électrons. Mais s'il s'agit de la dernière couche (c'est à dire qu'il n'y a pas de 7ème couche), elle ne peut contenir plus de 8 électrons.

[modifier ( modifier-40-section-4.cours)]Chaque couche est désignée par une lettre

Les couches sont notées par ordre alphabétique en partant de K : la première couche est la couche K, la seconde couche est la couche L, la troisième la couche M, etc...
Ce qui nous donne :

La structure électronique d'un atome ou d'un ion simple se note KLM... , où a, b et c sont le nombre d'électrons des couches K, L et M (bien entendu, il peut y avoir plus de couches). Le nombre d'électrons de chaque couche est, pour chaque lettre, indiqué en exposant.

Exemples :
Structure électronique de l'hydrogène : K
Structure électronique de l'oxygène : KL
Structure électronique de l'oxygène : KLM
Structure électronique du fer : KLMN

[modifier ( modifier-40-section-5.cours)]Déterminer la structure électronique d'un atome

Si l'on connait le nombre d'électrons d'un atome ou d'un ion simple, il est aisé de reconstituer sa structure électronique : il suffit de remplir les couches une par une (lorsque une est pleine, on passe à la suivante), en s'assurant que la règle de l'octet est bien respectée.

Nous allons reconstituer ensemble la structure électronique du krypton, gaz rare qui comprend 36 électrons.
On remplit la première couche :
K
Il reste 34 électrons à répartir. On passe à la couche suivante :
KL
La couche L est pleine et il reste 26 électrons à répartir. On passe donc à la couche M :
KLM
La couche M est pleine et il reste 8 électrons à répartir. On passe donc à la couche N :
KLMN
Tous les électrons semblent être répartis, on passe donc à la vérification :
- 2+8+18+8 = 36, tout les électrons ont bien été répartis.
- La couche N comprend 8 électrons. La règle de l'octet a donc été respectée.
La structure électronique du krypton est donc bien :
KLMN

Cette règle simple permet de trouver les structures électroniques à coup sûr lorsqu'il y a moins de 18 électrons. Ensuite, les choses se compliquent car il faut tenir compte des sous-couches, correspondant au second nombre quantique. Les règles de remplissage portent alors le nom de règle de Klechkowski, et peuvent être retrouvées en utilisant la classification périodique: dans une même colonne, la couche externe a la même structure, le même nombre d'électrons...

[modifier ( modifier-40-section-7.cours)]Correction

Nom du corps	Structure électronique
Azote	KL
Hélium	K
Sodium	KLM
Soufre	KLM
Potassium	KLMN