VERS LA STABILITÉ
Formation des ions et des molécules
Table des matières
1. STABILITÉ DES GAZ NOBLES
1.1. Familles chimiques
- D’une manière générale, les éléments d’une même colonne :
- constituent une famille : Les éléments d’une même famille ont des propriétés chimiques similaires.
- ont même nombre d’électrons de valence1.
1.2. La famille des gaz nobles
- Les éléments de la famille des gaz nobles se trouvent dans la colonne 18
- l’hélium \((1s)^{2}\) : 2 électrons de valence : Couche externe (couche de valence) saturée
- le néon \((1s)^{2}(2s)^{2}(2p)^{6}\) : 8 électrons de valence : Couche de valence saturée
- et l’argon \((1s)^{2}(2s)^{2}(2p)^{6}(3s)^{2}(3p)^{6}\) : 8 électrons de valence : : Couche de valence saturée
- Les atomes (He, Ne et Ar) ne forment pas de composés avec d’autres atomes : Les atomes (He, Ne et Ar) sont donc particulièrement stables.
- Et quand on ne nait pas noble, que fait-on ?
2. FORMATION DES IONS
2.1. Les ions monoatomaiques
- Un ion négatif (anion) est un atome qui a capté un ou des électrons.
- Un ion positif (cation) est un atome a perdu un ou des électrons.
2.2. Vers la stabilité
2.2.1. Formation d’un cation : Exemple de l’ion sodium \(Na^{+}\)
| \(_{11}Na\) | \(\rightarrow\) | \(_{11}Na^{+}\) | + | e- |
| \((1s)^{2}(2s)^{2}(2p)^{6}(3s)^{1}\) | \((1s)^{2}(2s)^{2}(2p)^{6}\) | |||
| 1 e- de valence | 8 e- de valence | |||
| alcalin \(\ne\) gaz noble | couche de valence saturée | |||
| ion stable |
- NB : Si on compare l’ion \(_{11}Na^{+}\) à l’atome \(_{11}Na\) dont il est issu, on constate que seul le cortège électronique est différent, le noyau (donc Z) est le même. \(_{11}Na^{+}\) et \(_{11}Na\) sont deux entités du même élement chimique sodium Na.
2.2.2. Formation d’un anion : Exemple de l’ion chlorure \(Cl^{-}\)
| \(_{17}Cl\) | + | e- | \(\rightarrow\) | \(_{17}Cl^{-}\) |
| \((1s)^{2}(2s)^{2}(2p)^{6}(3s)^{2}(3p)^{5}\) | \((1s)^{2}(2s)^{2}(2p)^{6}(3s)^{2}(3p)^{6}\) | |||
| 7 e- de valence | 8 e- de valence | |||
| halogène \(\ne\) gaz noble | couche de valence saturée | |||
| ion stable |
- NB : Si on compare l’ion \(_{17}Cl^{-}\) à l’atome \(_{17}Cl\) dont il est issu, on constate que seul le cortège électronique est différent, le noyau (donc Z) est le même. \(_{17}Cl^{-}\) et \(_{17}Cl\) sont deux entités du même élement chimique chlore Cl. Au cours d’une transformation chimique, il y a conservation de l’élément chimique
2.2.3. Un lien vers une vidéo de Florence Raffin :
2.2.4. Généralisation :
- Les atomes hors famille des gaz nobles tendent à perdre ou gagner des électrons pour avoir autant d’électrons de valence que le gaz noble le plus proche.
Figure 1 : Il est ainsi possible de prévoir la charge électrique d’un ion (en rouge) à partir de la position de l’atome (en noir) dont il est issu dans le tableau périodique.
3. FORMATION DES MOLÉCULES
3.1. Schémas de Lewis d’une molécule :
3.1.1. Cas de la molécule de dihydrogène \(H_{2}\)
- 2 atomes liés :
- Atome H : Configuration électronique : \((1s)^{1}\) : 1 e- de valence
- Atome H : Configuration électronique : \((1s)^{1}\) : 1 e- de valence
Figure 2 : source
- Molécule \(H_{2}\) : Un seule liaison covalente H-H (liaison simple : 1 seul doublet liant en jeu) suffit pour que chacun des atomes H se rapproche de la stabilité de l’atome de gaz noble He \((1s)^{2}\) en mettant en commun leur électron.
3.1.2. Cas de la molécule de dioxyde de carbone \(CO_{2}\)
- 3 atomes en jeu :
- Atome O (Z = 8) : Configuration électronique : \((1s)^{2}(2s)^{2}(2p)^{4}\) : 6 e- de valence
- Atome C (Z = 6) : Configuration électronique : \((1s)^{2}(2s)^{2}(2p)^{2}\) : 4 e- de valence
- Atome O (Z = 8) : Configuration électronique : \((1s)^{2}(2s)^{2}(2p)^{4}\) : 6 e- de valence
Figure 3 : source
- Deux atomes peuvent créer :
- une liaison simple : 1 seul doublet liant : 1 + 1 = 2 e- partagés
- une liaison multiple :
- liaison double : 2 doublets liants : 2 + 2 = 4 e- partagés.
- liaison triple : 3 doublets liants : 3 + 3 = 6 e- partagés.
- Les doublets non liants sont des paires d’e- non engagés dans des liaisons covalentes. (Ils ne sont pas partagés)
Figure 4 : À gauche, la molécule de dioxygène, à droite, la molécule de diazote.
3.1.3. Autres exemples : Vidéo de Florence Raffin :
3.2. Représentation des molécules
- On peut utiliser des modèles moléculaires ou des visualisateurs 3D de molécules.
Figure 5 : Couleurs conventionnelles
3.3. Critère de stabilité pour les atomes formant une molécule
- Dans un molécule, les atomes s’entourent de 2 (pour H) ou 8 électrons sur leur couche externe pour avoir le même nombre d’électrons de valence que le gaz noble le plus proche.
Notes de bas de page:
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Les électrons de la couche externe (couche de valence \(n_{max}\)) sont les électrons de valence. Les électrons de valence d’un atome sont les électrons \(n_{max}s\) et \(n_{max}p\) où \(n_{max}\) a la plus grande valeur (1, 2 ou 3) dans la configuration électronique de l’atome.
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