T1C04 - Stabilité des entités chimiques

Configuration électronique

Dans un atome, les électrons sont répartis en différentes couches et sous-couches électroniques. Chaque couche est caractérisée par un nombre entier \(n > 0\) et chaque sous-couche par un nombre \(l\) tel que \(0 \leq l < n\).

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

La répartition des électrons en sous-couche se nomme configuration électronique de l'atome.

Hors programme : explication des couches et sous couches

Une couche n peut contenir jusqu'à \(2n^2\) électrons. Une sous-couche de type s (l = 0) peut contenir deux électrons, une sous-couche de type p (l = 1) peut contenir jusqu'à six électrons.

On remplit toujours les couches du plus petit n vers le plus grand en remplissant les sous-couche du plus petit l vers le plus grand.

Couche	1	2		3
Sous-couche	1s	2s	2p	3s	3p
Nombre-maximal-d'électron	2	2	6	2	6

L'atome de carbone (C) a 6 protons, donc 6 électrons. Il sont répartis de la manière suivante :

2 électrons sur la couche 1 dont :
- 2 sur la sous-couche 1s
4 électron sur la couche 2 dont :
- 2 sur la sous-couche 2s
- 2 sur la sous-couche 2p

Sa configuration électronique est donc :

1s² 2s² 2p²

On appelle couche de valence la dernière couche électronique qui contient des électrons, ces derniers sont appelés électrons de valence, et sont responsables de la réactivité chimique d'un élément.

Donner la configuration électronique des trois premiers éléments du tableau périodique (Z = 1, 2 et 3) : H, He et Li
4, 5, 9 et 13 p 78-79

Tableau périodique

TP histoire de famille TP

Expérience 1

Préparer 5 tubes à essai contenant respectivement :
1. 1mL d’eau distillée (tube témoin)
2. 1mL de solution de chlorure de sodium (Na⁺ + Cl^-)
3. 1mL de solution de chlorure de potassium (K⁺ + Cl^-)
4. 1mL de solution de chlorure de baryum (Ba²⁺ +2 Cl^-)
5. 1mL de solution de chlorure de calcium (Ca²⁺ +2Cl^-)
Ajouter dans chacun des tubes un peu de solution d’eau savonneuse et agiter.

Faire un schéma de l'expérience.
Est-ce que l’ion chlorure intervient dans les différentes expériences ? Justifier.
À partir des résultats observés, classer les éléments étudiés en deux familles A et B.
L’ion lithium Li⁺ ne donne pas de précipité avec la solution d’eau savonneuse. À quelle famille appartient-il ?
L’ion magnésium Mg²⁺ donne un précipité avec la solution d’eau savonneuse. À quelle famille appartient-il ?
Quelles sont les particularités des éléments qui appartiennent à une même famille ?

Expérience 2

Préparer trois tubes à essais contenant respectivement
1. 1 mL de solution de chlorure de potassium (K⁺ + Cl^-)
2. 1 mL de solution de bromure de potassium (K⁺ + Br^-)
3. 1 mL de solution d'iodure de potassium (K⁺ + I^-)
Ajouter dans chaque tube à essais quelques gouttes d'une solution de nitrate d'argent (Ag⁺ + NO₃^-)

Un précipité est un cristal solide en suspension dans un liquide. La charge électrique totale de ce précipité est nulle.

Est-ce que l’ion potassium K⁺ intervient dans les différentes expériences ? Justifier.
1. Quelles sont alors les ions monoatomiques qui ont réagit avec le nitrate d'argent ?
2. La formule chimique du nitrate d'argent est Ag⁺ + NO₃^-. En déduire la formule chimique des précipités obtenus.
3. En vous inspirant des noms des espèces chimiques précédentes, quel est le nom des précipités ?
À partir des résultats de l'expérience 1, que peut-on dire sur les éléments chlore, brome et iode ?

Analyse

Où se trouvent les éléments appartenant à une même famille dans le tableau périodique ?
Quel est l’intérêt de classer les éléments par famille ?

Structure du tableau

Dans le tableau périodique, les éléments sont classé par numéro atomique Z croissant :

les éléments d'uune même ligne ont la même couche de valence. On appelle une ligne du tableau période
les éléments d'une même colonne appartiennent à une même famille. Ils ont les mêmes propriétés chimiques et le même nombre d'électrons de valence.

Les élément de la colonne 18 appartiennent à la famille des gaz nobles (ex: He, Ne, Ar).

Entités stables chimiquement

Cas des gaz nobles

Dans la nature, les atomes ont tendance à s’associer pour former des molécules. Seuls les gaz nobles ne se trouvent pas associés à d’autres atomes. Cette stabilité s’explique par leur configuration électronique

He : 1s²
Ne : 1s² 2s² 2p⁶
Ar : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

au cours d'une transformation chimique, un élément tend à obtenir la même configuration électronique que celle du gaz noble le plus proche de la classification périodique, en saturant sa couche de valence.

Pour obtenir une configuration électronique stable, les élément peuvent :

s'associer avec d'autres éléments pour former une molécule
gagner ou perdre des électrons pour former un ion monoatomique

Ions monoatomiques

Pour gagner en stabilité les atomes peuvent perdre ou gagner des électrons afin de saturer leur couche de valence. Ils deviennent alors des ions monoatomiques.

Élément	Gaz noble le plus proche	Configuration électronique	Symbole de l'ion
sodium	néon	1s² 2s² 2p⁶	Na⁺
chlore	argon	1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶	Cl^-

Molécules

Une molécule est un assemblage d’un nombre limité d’atomes. Deux atomes mettent en commun un électron chacun pour former une liaison covalente aussi appelé un doublet liant.

Chaque atome possède alors une configuration électronique semblable à celle de l’atome de gaz noble le plus proche.

Formation de la molécule de dihydrogène H₂ avec deux atomes d'hydrogène.

Les électrons des doublets liants appartiennent aux deux atomes qui les partagent.

Schéma de Lewis

Le schéma de Lewis d'une molécule est permet de représenter les doublet liants et les doublets non-liant entre les atomes dans une molécule.

Les atomes sont représentés par leur symbole, les doublets par des tirets.

Représentation de Lewis de la molécule d'eau, en noir les doublets liants, en rouge les doublets non liants.

Une liaison covalente peut être simple, double ou triple.

22, 23 et 25 p 80

L'énergie de liaison d'une liaison covalente A-B correspond à l'énergie nécessaire pour rompre cette liaison et reformer les atomes isolés A et B.

Plus l'énergie de liaison est grande, plus la liaison est stable.

S'entrainer pour l'évaluation

QCM p 75
Lire Les bons réflexes p 76
Application : 7 p 78, 12 p 79, 20 p 80
Entraînement : 39 p 84