Électrons de valence

Configuration électronique

Contrairement aux protons, les électrons n'habitent pas le noyau, ils orbitent autour des protons et des neutrons selon des schémas spécifiques. Ces schémas sont ensuite exprimés par la configuration électronique. La configuration électronique est l'expression numérique d'un espace $3D$ autour du noyau d'un atome.

Couches électroniques

Les couches électroniques sont également connues sous le nom de niveaux d'énergie. Chaque couche a un nombre quantique principal spécifique. Plus les couches s'éloignent du noyau, plus leur nombre quantique principal augmente et plus, elles ont un niveau d'énergie élevé.

Sous-couches électroniques

Les sous-couches sont des divisions à l'intérieur de chaque couche. Elles ont également des niveaux d'énergie différents : la sous-couche $s$ a l'énergie la plus basse, puis $p$ , puis $d$ , puis $f$ . Chaque sous-couche contient un nombre différent d'orbitales. Par exemple, la sous-couche s ne comporte qu'une seule orbitale, tandis que les sous-couches $p$ en comportent trois et les sous-couches $d$ cinq.

Orbitales électroniques

Les orbitales sont des régions de l'espace où un électron peut se trouver dans $95\mathrm{\%}$ des cas. Chaque orbitale peut contenir au maximum deux électrons. Ces électrons doivent avoir des spins différents : l'un a un spin ascendant, l'autre un spin descendant. Les orbitales ont également des formes différentes en fonction de leur sous-couche.

Si nous rassemblons tout cela, la configuration électronique est simplement le nombre d'électrons présents dans chaque orbitale atomique, ainsi que la couche et la sous-couche dans lesquelles ils se trouvent.

La valence

Dans l'étude de la réactivité chimique, les électrons du niveau d'énergie principal le plus éloigné sont très importants et portent donc le nom des électrons de valence.

Couche de valence

La couche la plus externe d'un atome est appelée couche de valence et les électrons qui résident dans la couche de valence sont appelés électrons de valence. Lorsque les électrons de valence d'un atome reçoivent suffisamment d'énergie d'une force extérieure, ils peuvent se détacher de l'atome parent et devenir ce que l'on appelle des électrons libres.

Que sont les électrons de valence ?

Tableau périodique

L'une des façons les plus simples de trouver les électrons de valence est de vérifier la position des éléments dans le tableau périodique. Les électrons de valence d'un élément peuvent être trouvés en examinant de près la colonne verticale dans laquelle les éléments sont regroupés. En regardant le numéro de groupe indiqué, on peut identifier le nombre d'électrons de valence que possède un élément figurant dans cette colonne spécifique.

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Travaillons sur un problème :

En résumé, les électrons de valence d'un atome neutre sont les suivants :

Cette méthode ne s'applique qu'aux atomes neutres. Si un atome a une charge, la formule est :

$$nombre{d}^{\prime }électronsdevalence=nombre{d}^{\prime }électronsdevalencedansunatomeneutre-charge$$

Travaillons sur quelques exemples,

Réactions d'oxydoréduction

L'état d'oxydation d'un élément nous renseigne sur les électrons de cet élément.

L'état d'oxydation nous indique :

Charge $+x$ $\to$ perte de $x$ électrons.

Charge $-x$ $\to$ gain de $x$ électrons.

Ainsi, il manque un électron à un atome dont l'état d'oxydation est $+1$ .

Les éléments ont généralement $1$ ou $2$ états d'oxydation communs en raison du nombre d'électrons de valence qu'ils possèdent à l'état neutre.

Famille chimique

Les deux mots ayant défini des ensembles d'éléments différents au fil des ans, l'UICPA recommande d'utiliser le système numérique de numérotation des éléments du groupe $1$ au groupe $18$ plutôt que les noms communs des familles ou des groupes.

Dans ce contexte, les familles se distinguent par la position orbitale de l'électron le plus externe. En effet, le nombre d'électrons de valence est le principal facteur permettant de prédire les types de réactions auxquelles un élément participera, les liaisons qu'il formera, son état d'oxydation et un grand nombre de ses propriétés chimiques et physiques.

Atome d'hydrogène

Les électrons de valence sont le nombre total d'électrons dans la dernière couche électronique. Le nombre total d'électrons dans la dernière couche après la configuration électronique de l'hydrogène s'appelle les électrons de valence de l'atome d'hydrogène.

Les électrons de valence déterminent les propriétés de l'élément et participent à la formation des liaisons.

Comment calculer le nombre d'électrons de valence d'un atome d'hydrogène ?

Les électrons de valence doivent être déterminés en suivant quelques étapes. La configuration électronique est l'une d'entre elles.

Cependant, les électrons de valence peuvent être facilement identifiés en arrangeant les électrons selon le principe de Bohr. Nous allons maintenant apprendre à déterminer les électrons de valence de l'atome d'hydrogène.

1. Détermine le nombre total d'électrons dans l'atome d'hydrogène ;
2. Écris la configuration électronique de l'atome d'hydrogène ;
3. Déterminer le nombre total d'électrons dans la couche de valence.

La configuration électronique $1s^1$ montre que la dernière couche de l'atome d'hydrogène possède un électron. Par conséquent, les électrons de valence de l'hydrogène sont au nombre d'un.

Liaison ionique

La liaison ionique est le transfert complet d'électron(s) de valence entre atomes. Il s'agit d'un type de liaison chimique qui génère deux ions de charge opposée. Dans les liaisons ioniques, le métal perd des électrons pour devenir un cation chargé positivement, tandis que le non-métal accepte ces électrons pour devenir un anion chargé négativement.

Les liaisons ioniques nécessitent un donneur d'électrons, souvent un métal, et un accepteur d'électrons, un non-métal.

La liaison ionique est observée parce que les métaux ont peu d'électrons dans leurs orbitales les plus externes. En perdant ces électrons, ces métaux peuvent atteindre la configuration de gaz noble et satisfaire à la règle de l'octet.

De même, les non-métaux qui ont près de $8$ électrons dans leur couche de valence ont tendance à accepter facilement des électrons pour atteindre la configuration de gaz rare.

Dans la liaison ionique, plus d'un électron peut être donné ou reçu pour satisfaire à la règle de l'octet. Les charges de l'anion et du cation correspondent au nombre d'électrons donnés ou reçus. Dans les liaisons ioniques, la charge nette du composé doit être nulle.

Liaison covalente

La liaison covalente est le partage des électrons entre les atomes. Ce type de liaison se produit entre deux atomes du même élément ou d'éléments proches l'un de l'autre dans le tableau périodique. Cette liaison se produit principalement entre les non-métaux, mais elle peut également être observée entre les non-métaux et les métaux.

Si les atomes ont des électronégativités similaires (la même affinité pour les électrons), les liaisons covalentes sont les plus probables.

Étant donné que les deux atomes ont la même affinité pour les électrons et qu'aucun n'a tendance à en donner, ils partagent des électrons afin d'atteindre la configuration octale et de devenir plus stables. En outre, l'énergie d'ionisation de l'atome est trop importante et l'affinité de l'atome pour les électrons est trop faible pour qu'une liaison ionique puisse se produire.