S6E2 structure électronique

Structure électronique

L’élément chlore existe seulement sous la forme d’ions chlorure(Cl- ). On le rencontre dans différents espèces chimiques comme le chlorure de sodium (sel), chlorure de calcium, chlorure d’ammonium… mais il n’existe pas d'atomes de chlore (Cl) seuls, ou d’autres types d’ions (Cl2-, Cl+, Cl2+...) De la même manière, l'élément sodium existe seulement sous la forme d'ions sodium : Na+, mais il n'existe pas seul sous d'autres formes (Na-, Na, Na2+...) On peut faire ce constat pour l'ensemble des espèces chimiques qui n'existent seuls que sous une seule forme : Al3+ ,Ca2+ , O2- , H+ , He , Mg2+... L'objectif de cette activité est de comprendre ce phénomène. Pour cela, il faut s'intéresser à la disposition des électrons qui gravitent autour du noyau : A la structure électronique...

Les couches électroniques

Les électrons d’une espèce chimique ne gravitent pas de manière aléatoire autour du noyau. Ces électrons sont répartis en couches appelées 1, 2, 3… de plus en plus éloignées du noyau. Ces couches sont elles-mêmes parfois composées de différentes sous-couches appelées s, p... de plus en plus éloignées du noyau. Par exemple, la couche 2 est composée de deux sous-couches appelées 2s et 2p .

Exercice 1 : Indiquer à quelles sous-couches (2s, 1s, 2p, 3p) correspondent les différentes lettres (A, B, C et D) du schéma de l’atome suivant.

Le nom et le nombre des sous-couches de chaque couche peut être déterminé en observant la classification périodique. Chaque ligne de la classification correspond à une couche. Chaque bloc d'une ligne de la classification correspond à une sous-couche. Par exemple, il y a 2 blocs dans la ligne 2 de la classification classification : le s et le p. Il y a donc 2 sous-couches dans la couche 2 : 2s et 2p.

Exercice 2 : Quelles sont les noms des différentes sous-couches de la couche 4 et de la couche 1 ?

Chaque sous-couche ne peut contenir qu’un nombre limité d’électrons. Par exemple la sous- couche 1s ne peut contenir que deux électrons.

Animation

Exercice 3 : Recopier le tableau ci dessous et, grâce à l'animation, indiquer dans la ligne 2, le nombre d’électrons maximum sur chacune des sous-couches.

Exercice 4 : Chaque bloc d'une ligne de la classification contient un certain nombre de cases. Par exemple le bloc s de la ligne 1, qui correspond à la sous-couche 1s, contient 2 cases (H et He). Indiquer, grâce à la classification, le nombre de cases dans la classification pour chaque sous-couche.

Exercice 5: En observant les réponses du tableau, prévoir, grâce à la classification le nombre d'électrons maximum sur la sous-couche 3p, puis vérifier avec l'animation.

Chaque sous-couche ne peut contenir qu’un nombre limité d’électrons. Par exemple la sous- couche 1s ne peut contenir que deux électrons.

Animation

Exercice 3 : Recopier le tableau ci dessous et, grâce à l'animation, indiquer dans la ligne 2, le nombre d’électrons maximum sur chacune des sous-couches.

Exercice 4 : Chaque bloc d'une ligne de la classification contient un certain nombre de cases. Par exemple le bloc s de la ligne 1, qui correspond à la sous-couche 1s, contient 2 cases (H et He). Indiquer, grâce à la classification, le nombre de cases dans la classification pour chaque sous-couche.

Exercice 5: En observant les réponses du tableau, prévoir, grâce à la classification le nombre d'électrons maximum sur la sous-couche 3p, puis vérifier avec l'animation.

Chaque type d'atome possède un certain nombre d'électrons. Par exemple, H : 1 électron ; C : 6 électrons, O : 8 électrons... Ces électrons se positionnent sur les couches et sous-couches les plus proches possible du noyau. Par exemple le schéma suivant représente la répartition des 6 électrons de l'atome de carbone. La répartition des électrons sur les différentes couches et sous-couches est appelée configuration électronique.Par exemple, la configuration électronique de l’atome de carbone est 1s2, 2s2, 2p2.

Exercice 6 : Représenter sur un schéma, la répartition des électrons d'un atome d'oxygène.

Exercice 7 : Indiquer la structure électronique des atomes suivants : oxygène, sodium, hydrogène, Chlore.

Nous avons noté en introduction que les différents éléments n'existent en général que sous une seule forme. Par exemple

• élément chlore : anion clorure Cl-
• élément sodium : cation sodium Na+
• élément hélium : atome d'hélium He
• élément magnésium : cation magnésium Mg2+

Nous allons donc essayer de comprendre quelle est la caractéristique commune de toutes ces formes :

Exercice 8 : Déterminer la structure éléctronique des formes qui existent suivantes : Na+, H+, He, Ca2+, O2-, K+, Ne, Mg2+, Cl-, Al3+.

Exercice 9 : Déterminer la structure électronique des différentes formes du soufre suivantes : S, S-, S+, S2-, S2+. En étudiant les réponses de l'exercice 8 deviner quelle est la seule forme du soufre qui existe.

Exercice 10 : Déterminer sous quelle forme existent les éléments chimiques suivants : Berylium (Be), Fluor (F), Argon (K)

Exercice 11 : Rédiger une phrase qui explique quelle est la caractéristique commune de toutes les formes des éléments chimiques qui existent.