Electrons de valence
Comme il a été mentionné dans une section précédente de ce chapitre, les électrons sont très importants, car un sous-ensemble spécifique d’électrons, appelés électrons de valence, est seul responsable de la détermination de la façon dont les éléments se lient entre eux. Le nombre d’électrons de valence présents dans un atome peut être déterminé à partir de la configuration électronique de cet atome. Les électrons de valence se trouvent dans les orbitales associées au niveau d’énergie le plus élevé de l’atome. Les électrons restants, qui sont appelés électrons de l’enveloppe interne, ne participent pas à la liaison et ne sont donc pas importants à étudier.
Considérez la configuration électronique du soufre, qui a été déterminée dans la section précédente et qui est reproduite ci-dessous.
1s22s22p63s23p4
Rappellez-vous que les niveaux d’énergie dans une configuration électronique sont les chiffres rouges de tête qui indiquent le début d’une nouvelle combinaison niveau d’énergie/orbitale. Le soufre possède des électrons dans les premier, deuxième et troisième niveaux d’énergie, comme l’indiquent les 1, 2 et 3 rouges de tête, respectivement. Les électrons de valence sont ceux qui se trouvent dans le niveau d’énergie le plus élevé. Par conséquent, dans ce cas, seuls les électrons associés à une combinaison niveau d’énergie/orbital commençant par un 3 doivent être pris en compte. Puisque deux combinaisons niveau d’énergie/orbitale commencent par un 3, les deux orbitales sont sélectionnées pour un examen plus approfondi :
3s23p4
Les exposants associés à ces orbitales totalisent 6. Par conséquent, le soufre possède 6 électrons de valence.
Exemple \(\PageIndex{1}\)
Déterminez combien d’électrons de l’azote sont classés comme électrons de valence. La configuration électronique de l’azote, qui a été déterminée dans la section précédente, est présentée ci-dessous.
1s22s22p3
Solution
L’azote possède des électrons dans les premier et deuxième niveaux d’énergie, comme indiqué par les 1 et 2 rouges de tête, respectivement. Les électrons de valence sont ceux qui se trouvent dans le niveau d’énergie le plus élevé occupé. Par conséquent, dans ce cas, seuls les électrons associés à une combinaison niveau d’énergie/orbital commençant par un 2 doivent être pris en compte. Puisque deux combinaisons niveau d’énergie/orbitale commencent par un 2, les deux orbitales sont sélectionnées pour un examen plus approfondi :
2s22p3
Les exposants associés à ces orbitales totalisent 5. Par conséquent, l’azote possède 5 électrons de valence.
Exercice \(\PageIndex{1}\)
Déterminez combien d’électrons dans chacun des éléments suivants sont classés comme électrons de valence. La configuration électronique de chaque élément, qui a été déterminée dans la section précédente, est indiquée ci-dessous.
- Néon
1s22s22p6
- .
- Calcium
1s22s22p63s23p64s2
Réponse a Le néon possède des électrons dans les premier et deuxième niveaux d’énergie, comme l’indiquent les 1 et 2 rouges en tête, respectivement. Les électrons de valence sont ceux qui se trouvent dans le niveau d’énergie occupé le plus élevé. Par conséquent, dans ce cas, seuls les électrons associés à une combinaison niveau d’énergie/orbital commençant par un 2 doivent être pris en compte. Puisque deux combinaisons niveau d’énergie/orbitale commencent par un 2, les deux orbitales sont sélectionnées pour un examen plus approfondi :
2s22p6
Les exposants associés à ces orbitales totalisent 8. Par conséquent, le néon possède 8 électrons de valence. Réponse b Le calcium possède des électrons dans les premier, deuxième, troisième et quatrième niveaux d’énergie, comme l’indiquent les 1, 2, 3 et 4 rouges en tête, respectivement. Les électrons de valence sont ceux qui se trouvent dans le niveau d’énergie le plus élevé. Par conséquent, dans ce cas, seuls les électrons associés à une combinaison niveau d’énergie/orbital commençant par un 4 doivent être pris en compte. Puisqu’une seule combinaison niveau d’énergie/orbital commence par un 4, une seule orbitale est sélectionnée pour un examen plus approfondi :
4s2
L’exposant associé à cette orbitale est un 2. Par conséquent, le calcium possède 2 électrons de valence.
Bien qu’une configuration électronique représente l’ensemble des électrons présents dans l’atome d’un élément, les chimistes ne s’intéressent véritablement qu’aux électrons de valence d’un atome, puisque, comme indiqué ci-dessus, ce sont ces électrons qui sont les seuls responsables de la détermination de la façon dont les éléments se lient entre eux. Il serait donc très pratique de trouver un « raccourci » pour déterminer le nombre d’électrons de valence présents dans un atome. Un tel « raccourci » existe bel et bien. Dans une section précédente de ce chapitre, trois systèmes d’étiquetage des groupes, ou colonnes, du tableau périodique ont été présentés. On a indiqué que le deuxième système, appelé « système A/B », permettait de mieux comprendre le caractère électronique des éléments présents dans ce groupe.
Envisageons à nouveau le soufre, S, qui, d’après sa configuration électronique, possède 6 électrons de valence.
Le soufre est situé dans la 16e colonne du tableau périodique. Cependant, le « système A/B » est utilisé pour étiqueter les éléments du groupe principal. Le groupe 16 est la 6e colonne des colonnes du groupe principal, ou « bloc A », du tableau périodique et est donc étiqueté comme groupe 6A. Notez que le nombre d’électrons de valence du soufre correspond à son numéro de groupe dans le « système A/B ». Ce lien s’applique à presque tous les éléments que l’on trouve dans les colonnes des groupes principaux du tableau périodique. L’hélium est la seule exception à cette règle, car il se trouve dans le groupe 8A, mais ne contient que deux électrons au total. Cette incohérence invalide la méthode du » raccourci A/B « , et la méthode de la configuration électronique doit être employée pour déterminer que les deux électrons de l’hélium sont des électrons de valence.
Puisque le numéro de groupe du » système A/B » correspond au nombre d’électrons de valence qui sont présents dans un atome, tous les éléments trouvés dans la même colonne ont le même nombre d’électrons de valence. Puisque les électrons de valence d’un atome sont les seuls responsables de la détermination de la façon dont les éléments se lient les uns aux autres, ce caractère électronique commun explique pourquoi tous les éléments d’un même groupe partagent des propriétés similaires.
Exemple \(\PageIndex{2}\)
Sur la base de son emplacement sur le tableau périodique, déterminez combien d’électrons de l’azote sont classés comme électrons de valence.
Solution
Le numéro de groupe du » système A/B » indique le nombre d’électrons de valence qui sont présents dans un atome. L’azote (N) est situé dans la 15e colonne du tableau périodique. Cependant, le « système A/B » est utilisé pour étiqueter les éléments du groupe principal. Le groupe 15 est la 5e colonne du groupe principal, ou « bloc A », du tableau périodique et est donc appelé groupe 5A. Par conséquent, l’azote possède 5 électrons de valence. (Cette réponse est cohérente avec la solution de l’exemple \(\PageIndex{1}\).)
Exercice \(\PageIndex{2}\)
Sur la base du tableau périodique, déterminez combien d’électrons dans chacun des éléments suivants sont classés comme électrons de valence.
- Néon
- Calcium
Réponse a Le numéro de groupe du » système A/B » indique le nombre d’électrons de valence qui sont présents dans un atome. Le néon (Ne) est situé dans le groupe 18, qui est étiqueté comme le groupe 8A, en utilisant le « système A/B ». Par conséquent, le néon possède 8 électrons de valence. (Cette réponse est cohérente avec la solution de l’exercice \(\PageIndex{1}\text{a}\).) Réponse b Le calcium (Ca) est situé dans le groupe 2, qui est appelé groupe 2A dans le « système A/B ». Par conséquent, le calcium possède 2 électrons de valence. (Là encore, cette réponse est cohérente avec la solution de l’exercice \(\PageIndex{1}\text{b}\).)