ethanol

Physique Chimie

Règle du duet et de l'octet


Objectif du cours :
Connaître les règles du “duet” et de l’octet et savoir les appliquer pour rendre compte des charges des ions monoatomiques existants dans la nature.

1. Enoncé des régles de stabilités

Les gaz nobles (ou rares) sont constitués d'atomes chimiquement inertes. Ce sont des atomes qui ne peuvent pas s'associer à d'autres atomes. Ils restent isolés et ne forment donc pas de molécules. Ils ne forment pas non plus d'ions.

L'hélium, le néon, l'argon, sont des gaz nobles.

Les gaz nobles sont les éléments chimiques les plus stables.

Observons la structure électronique de ces gaz nobles :

Gaz Numéro atomique Structure électronique
Hélium 2 (K)2
Néon 10 (K)2(L)8
Argon 18 (K)2(L)8(M)8
Krypton 36 (K)2(L)8(M)18(N)8
Xénon 54 (K)2(L)8(M)18(N)18(O)8

L'helium possède 2 électrons sur sa couche externe (qui est saturée). Les atomes suivants ont tous 8 électrons sur leur couche externe.

C'est ce nombre particulier d'électrons sur la couche externe qui donne cette stabilité (encore appelée : inertie chimique), aux atomes de gaz nobles.

Les autres atomes sont instables et vont chercher à adopter la même configuration électronique que les atomes de gaz nobles, en perdant où en gagnant, un où plusieurs électrons. Pour des raisons d'origine électrostatiques que nous n'expliquerons pas ici, nous ajouterons la condition suivante :

L'ajoût ou la perte d'électron(s) ne pourra difficilement excéder 3.

De l'ensemble de ces observations, il en découle les deux régles de stabilité suivantes :

  Règle du duet

Pour devenir stable, les atomes dont le numéro atomique Z 4
remplissent leur dernière couche avec 2 électrons.

  Règle de l'octet

Pour devenir stable, les atomes dont le numéro atomique Z > 4
remplissent leur dernière couche avec 8 électrons.

2. Application aux ions mono-atomiques stables.

Exemple n°1 :

L'atome de Chlore possède la structure électronique (K)2(L)8(M)7
Son numéro atomique est 17, donc Z > 4.
On applique alors la règle de l'octet : Sa dernière couche doit contenir 8 électrons. En ajoutant 1 électron, nous obtenons l'ion stable Chlorure (Cl-) de structure électronique (K)2(L)8(M)8

Exemple n°2 :

L'atome de Magnésium possède la structure électronique (K)2(L)8(M)2
Son numéro atomique est 12, donc Z > 4.
On applique alors la règle de l'octet : Sa dernière couche doit contenir 8 électrons.
Puisqu'une règle précédente nous empêche d'ajouter plus de 3 électrons, nous allons donc enlever les 2 électrons de la couche M qui disparait. En conséquence la dernière couche devient la couche L avec 8 électrons. La structure électronique de l'ion stable magnésium (Mg2+) devient (K)2(L)8

Exemple n°3 :

L'atome de Lithium possède la structure électronique (K)2(L)1
Son numéro atomique est 3, donc Z 4.
On applique alors la règle du duet : Sa dernière couche doit contenir 2 électrons.
L'erreur consiste ici à ajouter un électron. En effet le remplissage total de la couche L nécessite 8 électrons. Pour les mêmes raisons rencontrées avec l'atome de magnésium, nous devons choisir d'enlever l'électron de la couche L. La structure électronique de l'ion stable Lithium (Li+) devient (K)2

3. Classification périodique et ions

La classification périodique nous apporte un moyen très simple de déterminer la charge d'un ion. En effet les éléments de la première colonne possède un électron seulement sur leur dernière couche. L'ensemble des règles que nous venons de découvrir nous ammène à arracher cette électron.
Les atomes Li, Na, K, ... deviennent alors respectivement les ions : Li+, Na+, K+, ...

Pour la deuxième colonne ce sont 2 électrons qui seront arrachés. Par conséquent :
Les atomes Be, Mg, Ca, ... deviennent alors respectivement les ions : Be2+, Mg2+, Ca2+, ...

Inversement à l'autre extrémité du tableau la colonne contenant les halogènes possède 7 électrons sur leur dernière couche. Ils complètent cette couche en y ajoutant 1 électron.

  Les atomes F, Cl, Br, ... deviennent alors respectivement les ions : F-, Cl-, Br-, ...

  Ajoutons encore la colonne contenant l'atome d'oxygène qui est caractérisé par une dernière couche contenant 6
  électrons. Elle contient les atomes O, S, Se, ... qui deviendrons respectivement les ions : O2-, S2-, Se2-, ...