Le cortège électronique et sa configuration

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Fiches
Classe(s) : 2de | Thème(s) : La matière à l'échelle microscopique

Il est nécessaire de connaître la configuration électronique d’un atome, d’un ion… pour expliquer les propriétés chimiques de la matière.

I L’atome d’hydrogène

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Le schéma montre la probabilité de trouver l’unique électron de l’atome d’hydrogène à un instant donné. L’électron apparaît principalement dans une zone sphérique, centrée sur le noyau. On dit que l’électron appartient à une couche électronique notée K.

Cette couche K contient un seul niveau d’énergie ou sous-couche notée 1s. L’atome hydrogène a un électron qui se situe dans la sous-couche 1s : on note 1s1 sa configuration électronique.

II Configuration électronique des atomes

De même, les électrons des autres atomes se répartissent autour du noyau sur des couches K, L, M… dans l’ordre d’éloignement. Plus les électrons sont proches du noyau, plus ils sont liés à ce noyau.

• La première couche K est constituée d’une sous-couche : 1s.

• La deuxième couche L est constituée de deux sous-couches : 2s et 2p.

• La troisième couche M de trois sous-couches : 3s, 3p et 3d…

Les électrons se disposent autour du noyau de manière à ce que leur niveau d’énergie soit le plus bas. Ainsi, pour les premiers niveaux d’énergie (ou sous-couches), les règles suivantes permettent de les répartir.

• Ils se remplissent selon l’ordre : 1s, 2s, 2p, 3s puis 3p.

• Pour pouvoir entamer le remplissage d’une nouvelle couche, il faut que toutes celles de niveaux d’énergie inférieurs soient remplies.

• Chaque sous-couche ne peut contenir qu’un nombre limité d’électrons : 2 sur s, 6 sur p…

À noter

Une couche est dite saturée si elle est totalement remplie.

La configuration électronique d’un atome représente la répartition des électrons de cet atome sur les différentes sous-couches. La dernière couche occupée est appelée couche externe ; ses électrons sont appelés électrons de valence.

Exemple : O816 : Z = 8, il y a 8 électrons à placer soit la configuration : 1s2 2s2 2p4.

Les chiffres en bleu représentent la couche, la lettre la sous-couche, et l’exposant en rouge le nombre d’électrons contenus dans la sous-couche.

La somme des exposants donne donc le nombre total d’électrons : 2 + 2 + 48.

L est la couche externe avec 6 électrons de valence pour l’atome d’oxygène.

Méthode

Écrire une configuration électronique et déterminer le nombre d’électrons de valence

a. Quelles sont les configurations électroniques des atomes d’hydrogène H, de carbone C et de l’ion oxyde O2 ?

b. Combien y a-t-il d’électrons de valence pour l’atome de carbone C et pour l’ion chlorure C ?

Données : numéro atomique : Z(H) = 1, Z(C) = 6, Z(O) = 8, Z(C) = 17.

Conseils

a. Rappelez-vous que l’atome est toujours neutre, il possède donc autant de protons que d’électrons. Attention dans le cas d’un ion, regardez bien sa charge pour déterminer le nombre d’électrons. Dans le cas où un ion perd un ou plusieurs électrons, c’est un cation chargé positivement ; dans le cas où il gagne un ou plusieurs électrons, c’est un anion chargé négativement.

b. La dernière couche remplie est la couche externe qui contient les électrons de valence.

Solution

a. Il faut connaître le nombre d’électrons présents. Z donne le nombre de protons et pour un atome c’est aussi le nombre d’électrons.

• L’atome d’hydrogène H n’a qu’un électron, situé sur la 1re couche K. La couche K est constituée d’une sous-couche s, soit la configuration électronique : 1s1.

• L’atome de carbone C, possède 6 électrons dans son cortège électronique, 2 sur la 1re couche K (1s2) qui est alors saturée puis 4 sur la 2e couche L constituée de deux sous-couches s et p : 2s2 2p2. Une fois la sous-couche s remplie, on complète alors la sous-couche p. La sous-couche s contient au maximum 2 électrons et la sous-couche p, 6 !

La configuration électronique du carbone est : 1s2 2s2 2p2.

• L’ion oxyde O2 est un atome d’oxygène O (Z = 8) qui a gagné 2 électrons, il possède donc 8 + 2 = 10 électrons et sa configuration sera :

K : 1s2 couche saturée puis L : 2s2 2p6 couche également saturée.

La configuration électronique de l’ion oxyde O2 est : 1s2 2s2 2p6.

b. • Pour le carbone de configuration : 1s2 2s2 2p2, la couche externe est la couche L (2s2 2p2) constituée de 2 + 2 = 4 électrons. L’atome de carbone a donc 4 électrons de valence.

• L’ion chlorure C est un atome qui a gagné un électron. Il possède donc 18 électrons dans son nuage électronique. Ces 18 électrons se répartissent sur les couches K, L et M et sa configuration est : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6. Il possède 8 électrons de valence sur la couche externe M (3s2 3p6).