Répartition des électrons autour du noyau d'un atome

1. Les électrons se répartissent en couches, appelées K, L, M, ...

Les électrons orbitent à des niveaux bien précis nommées couches.

En partant du noyau, la première couche se nomme la couche K.
La couche suivante se nomme la couche L,
la suivante la couche M, puis N, O, ...

On ne trouve pas d'électron orbitant entre deux couches.

Ci-contre, le modèle de l'atome du physicien Danois Niels Bohr (1885-1962) qui a découvert les couches électroniques.

2. Nombre d'électrons par couche.

Le nombre d'électrons par couche est limité.

Pour aider à se souvenir, si n est le numéro de la couche
(couche K : n=1, couche L: n=2, etc.),
le nombre d'électrons par couche peut être calculé avec
la formule :     nombre d'électron(s) = 2 × n2
Exemple : couche L   →   n=2   →   2 × n2 = 2 × 22 = 8

Le remplissage commence toujours par la couche K.
Ce n'est que lorsqu'une couche est pleine que nous pouvons continuer à remplir la suivante.

3. Structure électronique

Nous représentons par convention, la répartition des électrons sur les différentes couches, de la façon suivante :

Sur cet exemple, nous lisons que l'atome d'aluminium possède 3 couches électroniques (K, L et M).
La couche K est pleine avec 2 électrons.
La couche L est pleine avec 8 électrons.
La couche M est partiellement remplie avec 3 électrons.

Exercice : On donne l'image ci-contre représentant l'atome de silicium (Si).
Quel est la structure électronique de cet atome ?


Correction :
Sur la première couche, je vois 2 électrons, donc : (K)2.
Sur la deuxième couche, je vois 8 électrons, donc : (L)8.
Sur la dernière couche, je vois 4 électrons, donc : (M)4.
En conclusion, la structure électronique du silicium est :   (K)2 (L)8 (M)4




Exercice : Quelle est la structure électronique de l'atome représenté ci-contre ?

Réponse



 

4. Déterminer une structure électronique à partir du numéro atomique Z

4.1 Cas d'un atome

Z est le nombre de protons du noyau. Pour un atome qui est électriquement neutre, c'est aussi le nombre d'électrons.

Prenons un exemple avec l'atome de Phosphore. Pour cet atome (Z=15), il y a 15 protons donc aussi 15 électrons.

La structure électronique du phosphore est donc :   (K)2 (L)8 (M)5


4.2 Cas d'un ion

Dans le cas d'un ion, le nombre d'électrons n'est plus égal au nombre de protons. L'ion possède une charge électrique.

Exemple avec l'ion magnésium :   12Mg2+   Cet ion possède deux charges positives excédentaires. Il a donc perdu 2 électrons. Par conséquent le nombre d'électrons total à placer est Z - 2 = 12 - 2 = 10 électrons.
La répartition des électrons se fait ensuite de la même façon que celle d'un atome (cf. 4.1).

Exercice : L'ion fluorure s'écrit :   9F-
1) Combien d'électrons cet ion possède t-il ?
2) Quelle est sa structure électronique ?

5. Couches internes et couche externe

La couche externe est la couche la plus éloignée du noyau.
Les autres couches sont appelées couches internes.

En chimie, seule la couche externe est importante. C'est elle qui va créer les liens entre les atomes. Ce sont les électrons de la couche externe qui donnent les propriétés chimiques à l'atome. Le but du calcul de la structure électronique est de connaitre le nombre d'électrons de la couche externe pour justement prévoir le comportement de l'atome.

La couche externe ne peut comporter plus de 8 électrons si l'atome contient plusieurs couches, et seulement 2 électrons si l'atome ne contient qu'une couche unique.

Exemple : L'atome d'argon (Ar) a la structure électronique suivante : (K)2(L)8(M)8
Nous savons que la couche M peut contenir jusqu'à 18 électrons. Cependant M est ici la couche externe. Elle est donc pleine avec ses 8 électrons.
L'atome suivant dans le tableau des éléments possède un électron de plus et se nomme le sodium (Na). La structure électronique du sodium est : (K)2(L)8(M)8(N)1
Puisque la couche externe ne pouvait excéder 8 électrons, il s'est donc créé une couche supplémentaire (ici la couche N).