Couches électroniques

Le néon, l'argon et l'hélium ne réagissent presque avec rien. La raison tient à la disposition de leurs électrons.

Dans le modèle simple des couches, les électrons remplissent des niveaux autour du noyau. Pour les 20 premiers éléments, les niveaux contiennent 2, puis 8, puis 8, puis le reste. Les vrais électrons ne se déplacent pas sur de jolis cercles, mais le modèle prévoit une grande partie de la chimie. Niels Bohr a introduit l'idée de niveaux d'énergie fixes en 1913, et les chimistes utilisent encore cette image pour expliquer pourquoi les éléments réagissent comme ils le font.

Remplir les couches

Les électrons vont d'abord dans la couche la plus proche du noyau, car c'est là qu'ils sont le plus fortement retenus. L'hydrogène a 1 électron et l'hélium 2, ce qui remplit la première couche. Le lithium, avec 3, doit commencer une deuxième couche : 2, 1. La deuxième couche est pleine au néon, avec 2, 8. Le sodium commence la troisième couche, et l'argon la remplit jusqu'à 8 avec 2, 8, 8. Le potassium et le calcium placent ensuite leurs derniers électrons dans une quatrième couche.

Dans les atomes plus lourds, les couches externes peuvent contenir plus de 8 électrons. La limite générale pour la couche numéro n est 2 × n × n, soit 2, 8, 18 et 32. Pour les 20 premiers éléments, cependant, la troisième couche s'arrête à 8 avant que la quatrième commence, et c'est tout ce dont tu as besoin pour ce cours.

La couche externe

Ce sont les électrons de la couche la plus externe qui participent aux réactions. Un atome dont la couche externe est pleine, comme le néon (2, 8), est stable. Le sodium (2, 8, 1) cède facilement son unique électron externe, et le chlore (2, 8, 7) en capte facilement un. C'est pourquoi les deux s'associent en sel de table, le chlorure de sodium : le sodium devient un ion +1, le chlore un ion −1, et les charges opposées les maintiennent ensemble.

La même idée prévoit la charge de nombreux ions. Un atome qui a un, deux ou trois électrons externes a tendance à les perdre, et il lui reste la couche pleine du dessous. Le magnésium (2, 8, 2) en perd deux et devient Mg²⁺. Un atome à qui il manque un ou deux électrons pour avoir une couche pleine a tendance à les gagner. L'oxygène (2, 6) en gagne deux et devient O²⁻, et le chlore en gagne un pour devenir Cl⁻. Compte les électrons externes et tu peux en général deviner la charge avant de la vérifier.

Les couches et le tableau périodique

Le modèle des couches explique l'organisation du tableau périodique. Chaque ligne, appelée période, commence une nouvelle couche : l'hydrogène et l'hélium, sur la ligne 1, utilisent une couche, du lithium au néon, sur la ligne 2, deux couches, et du sodium à l'argon, sur la ligne 3, trois couches. Les éléments d'une même colonne, appelée groupe ou famille, ont le même nombre d'électrons externes, donc ils se comportent de façon semblable. Le lithium, le sodium et le potassium ont chacun un électron externe, et tous trois réagissent vivement avec l'eau. L'hélium, le néon et l'argon sont dans la dernière colonne, avec une couche externe pleine : ce sont les gaz nobles, qui ne réagissent presque pas.