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3 • Atome et structure électronique – Classification Périodique
Jusqu’ici, nous avons surtout pris en considération le nombre d’électrons présents dans chaque
sous-couche. Mais la distribution de ces électrons entre les cases d’une sous-couche p ou d
incomplète n’est pas le fait du hasard. Elle est prévisible par l’application de la règle de Hund :
les électrons occupent d’abord le plus grand nombre possible de cases, en restant célibataires, et
ne s’apparient (par constitution de doublets) que s’ils sont plus nombreux que les cases de la
sous-couche. Vous pourrez vous rendre compte que, de ce fait, au cours du remplissage
progressif d’une sous-couche, le nombre d’électrons non appariés augmente, jusqu’à ce qu’il y
en ait un dans chaque case, puis diminue.
Dessinez schématiquement les sous-couches de la manière habituelle, en juxtaposant autant de
petits carrés qu’elles comportent de cases, puis remplissez-les progressivement.
Solution Deux électrons non appariés : Ti (3d 2 , 4s 2 ), Ni (3d 8 , 4s 2 ), Ge (3d 10 , 4s 2 , 4p 2 ),
Se (3s 10 , 4s 2 , 4p 4 ) - Trois électrons non appariés : V (3d 3 , 4s 2 ), Co (3d 7 , 4s 2 ), As (3d 10 , 4s 2 , 4p 3 ).
Ionisation
Exercice 3.21
Parmi les ions suivants, lesquels ne sont pas l’ion « le plus stable » (ou « ion
normal ») de l’élément correspondant ?
Li – Al 2ϩ S 2– K ϩ Rb 2ϩ Zn 2ϩ Fe 2ϩ Mn 7ϩ Cl 2– l – Ca ϩ Ba 2ϩ
■ Sur quelles bases simples peut-on prévoir si un atome tend plutôt à perdre ou gagner
des électrons, et quel est le nombre qu’il en perd ou en gagne le plus volontiers ?
Les éléments des blocs s et p ont tendance à perdre leurs électrons externes s’ils en possèdent
moins de quatre, et à compléter à huit leur couche externe s’ils en possèdent plus de quatre (ceux
qui en possèdent quatre ne donnent pas d’ions). Ils tendent donc à prendre la configuration d’un
gaz rare (8 électrons externes) : celui qui les précède dans la classification périodique s’ils
deviennent un cation, et celui qui les suit s’ils deviennent un anion. Mais ils ne peuvent ni perdre
plus d’électrons qu’il n’en ont dans leur couche externe, ni en gagner plus que le nombre de
places libres dans cette dernière.
Les éléments du bloc d (éléments de transition) deviennent des cations, en perdant les deux électrons s de la dernière couche. Mais ils peuvent en outre perdre un ou plusieurs électrons d, de
sorte qu’ils donnent souvent deux ou plusieurs ions stables.
Solution Les ions qui ne sont pas les plus stables sont : Li – (ion stable Li ϩ ), Al 2ϩ (ion stable
Al 3ϩ ), Rb 2ϩ (ion stable Rb ϩ ), Mn 7ϩ (ion stable Mn 2ϩ ), Cl 2– (ion stable Cl – ), Ca ϩ (ion stable
Ca 2ϩ ).
Si le nombre d’électrons d’un atome varie, en plus ou en moins, il se transforme en
ion : cation (positif) ou anion (négatif) et cette transformation met en jeu une
certaine quantité d’énergie. A priori un atome peut perdre un nombre quelconque
d’électrons puisqu’il suffit de les enlever par un processus physique adapté. En
revanche, il ne pourra gagner des électrons que s’il est capable de les accepter dans
ses orbitales. Néanmoins, on dira que l’ion qui prend la configuration électronique
du gaz rare le plus proche est l’ion le plus stable.
3 • Atome et structure électronique – Classification Périodique
Jusqu’ici, nous avons surtout pris en considération le nombre d’électrons présents dans chaque
sous-couche. Mais la distribution de ces électrons entre les cases d’une sous-couche p ou d
incomplète n’est pas le fait du hasard. Elle est prévisible par l’application de la règle de Hund :
les électrons occupent d’abord le plus grand nombre possible de cases, en restant célibataires, et
ne s’apparient (par constitution de doublets) que s’ils sont plus nombreux que les cases de la
sous-couche. Vous pourrez vous rendre compte que, de ce fait, au cours du remplissage
progressif d’une sous-couche, le nombre d’électrons non appariés augmente, jusqu’à ce qu’il y
en ait un dans chaque case, puis diminue.
Dessinez schématiquement les sous-couches de la manière habituelle, en juxtaposant autant de
petits carrés qu’elles comportent de cases, puis remplissez-les progressivement.
Solution Deux électrons non appariés : Ti (3d 2 , 4s 2 ), Ni (3d 8 , 4s 2 ), Ge (3d 10 , 4s 2 , 4p 2 ),
Se (3s 10 , 4s 2 , 4p 4 ) - Trois électrons non appariés : V (3d 3 , 4s 2 ), Co (3d 7 , 4s 2 ), As (3d 10 , 4s 2 , 4p 3 ).
Ionisation
Exercice 3.21
Parmi les ions suivants, lesquels ne sont pas l’ion « le plus stable » (ou « ion
normal ») de l’élément correspondant ?
Li – Al 2ϩ S 2– K ϩ Rb 2ϩ Zn 2ϩ Fe 2ϩ Mn 7ϩ Cl 2– l – Ca ϩ Ba 2ϩ
■ Sur quelles bases simples peut-on prévoir si un atome tend plutôt à perdre ou gagner
des électrons, et quel est le nombre qu’il en perd ou en gagne le plus volontiers ?
Les éléments des blocs s et p ont tendance à perdre leurs électrons externes s’ils en possèdent
moins de quatre, et à compléter à huit leur couche externe s’ils en possèdent plus de quatre (ceux
qui en possèdent quatre ne donnent pas d’ions). Ils tendent donc à prendre la configuration d’un
gaz rare (8 électrons externes) : celui qui les précède dans la classification périodique s’ils
deviennent un cation, et celui qui les suit s’ils deviennent un anion. Mais ils ne peuvent ni perdre
plus d’électrons qu’il n’en ont dans leur couche externe, ni en gagner plus que le nombre de
places libres dans cette dernière.
Les éléments du bloc d (éléments de transition) deviennent des cations, en perdant les deux électrons s de la dernière couche. Mais ils peuvent en outre perdre un ou plusieurs électrons d, de
sorte qu’ils donnent souvent deux ou plusieurs ions stables.
Solution Les ions qui ne sont pas les plus stables sont : Li – (ion stable Li ϩ ), Al 2ϩ (ion stable
Al 3ϩ ), Rb 2ϩ (ion stable Rb ϩ ), Mn 7ϩ (ion stable Mn 2ϩ ), Cl 2– (ion stable Cl – ), Ca ϩ (ion stable
Ca 2ϩ ).
Si le nombre d’électrons d’un atome varie, en plus ou en moins, il se transforme en
ion : cation (positif) ou anion (négatif) et cette transformation met en jeu une
certaine quantité d’énergie. A priori un atome peut perdre un nombre quelconque
d’électrons puisqu’il suffit de les enlever par un processus physique adapté. En
revanche, il ne pourra gagner des électrons que s’il est capable de les accepter dans
ses orbitales. Néanmoins, on dira que l’ion qui prend la configuration électronique
du gaz rare le plus proche est l’ion le plus stable.