L’essentiel
La configuration électronique indique comment les électrons d’un atome se répartissent en couches et sous-couches. On remplit dans l’ordre 1s, 2s, 2p, 3s, 3p. Une sous-couche s contient au plus 2 électrons, une sous-couche p au plus 6. Exemple : le sodium, Z = 11, a pour configuration 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹.
Couches et sous-couches
La configuration électronique décrit une répartition : les électrons occupent des couches numérotées 1, 2, 3… Chaque couche contient des sous-couches, notées s et p pour les éléments étudiés en seconde. Le nombre en exposant donne le nombre d’électrons de la sous-couche.
| Couche | Sous-couches | Électrons au maximum |
|---|---|---|
| 1 | 1s | 2 |
| 2 | 2s, 2p | 2 + 6 = 8 |
| 3 | 3s, 3p | 2 + 6 = 8 pour les 18 premiers éléments |
La méthode en trois étapes
1. Trouve le nombre d’électrons, égal à Z pour un atome. 2. Remplis dans l’ordre 1s, 2s, 2p, 3s, 3p. 3. Vérifie que la somme des exposants vaut bien le nombre d’électrons.
- Carbone, Z = 6 : 1s² 2s² 2p². Vérification : 2 + 2 + 2 = 6.
- Oxygène, Z = 8 : 1s² 2s² 2p⁴. Vérification : 2 + 2 + 4 = 8.
- Chlore, Z = 17 : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵. Vérification : 2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17.
La couche de valence et les électrons de valence
La couche de valence est la dernière couche occupée. Ses électrons, appelés électrons de valence, participent aux liaisons et aux transformations chimiques. Ils se comptent en additionnant les exposants de la plus grande couche.
| Atome | Z | Configuration | Électrons de valence |
|---|---|---|---|
| H | 1 | 1s¹ | 1 |
| He | 2 | 1s² | 2 |
| C | 6 | 1s² 2s² 2p² | 4 |
| N | 7 | 1s² 2s² 2p³ | 5 |
| O | 8 | 1s² 2s² 2p⁴ | 6 |
| Ne | 10 | 1s² 2s² 2p⁶ | 8 |
| Na | 11 | 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ | 1 |
| Mg | 12 | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² | 2 |
| Al | 13 | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹ | 3 |
| Cl | 17 | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵ | 7 |
| Ar | 18 | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ | 8 |
Lire la classification périodique
- Le numéro de la ligne (période) est celui de la couche de valence. Le sodium, en 3s¹, est sur la 3e ligne.
- Les éléments d’une même colonne ont le même nombre d’électrons de valence, sauf l’hélium, et forment une famille.
- Les alcalins (Li, Na, K) ont 1 électron de valence, les halogènes (F, Cl, Br) en ont 7.
- Les gaz nobles (He, Ne, Ar) ont une couche de valence saturée, ce qui les rend très stables.
Atome stable, ion stable : les règles du duet et de l’octet
Les atomes tendent à acquérir la configuration du gaz noble le plus proche. Les éléments proches de l’hélium visent 2 électrons sur leur couche de valence : c’est la règle du duet. Les autres visent 8 électrons : c’est la règle de l’octet.
- Na perd 1 électron : Na⁺ a pour configuration 1s² 2s² 2p⁶, comme le néon.
- Cl gagne 1 électron : Cl⁻ a pour configuration 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶, comme l’argon.
- Mg perd 2 électrons et forme l’ion Mg²⁺.
Astuce : Pour un ion, retire ou ajoute d’abord les électrons, puis écris la configuration avec ce nouveau nombre.
Les erreurs à éviter
1s² 2s² 2p⁸ 1s² 2s² 2p⁶ 3s²
Une sous-couche p contient au plus 6 électrons. Le surplus passe à la sous-couche suivante.
Le chlore a 5 électrons de valence Le chlore a 7 électrons de valence
On additionne toute la dernière couche : 3s² et 3p⁵ font 2 + 5 = 7.
Na⁺ a 11 électrons Na⁺ a 10 électrons
Pour un ion, on tient compte de la charge avant d’écrire la configuration.
Exercices corrigés
1. Combien d’électrons peut contenir au plus une sous-couche 2p ?
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6. Une sous-couche p contient au plus 6 électrons.
2. Quelle est la configuration de l’oxygène (Z = 8) ?
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1s² 2s² 2p⁴. On remplit 1s, 2s puis 2p : 2 + 2 + 4 = 8.
3. Combien d’électrons de valence possède le soufre (Z = 16) ?
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6. 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴ : sur la couche 3, il y a 2 + 4 = 6 électrons.
4. Sur quelle ligne de la classification se trouve le magnésium (Z = 12) ?
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3e ligne. Sa configuration se termine par 3s² : sa couche de valence est la couche 3.
5. Quel ion stable forme le chlore (Z = 17) ?
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Cl⁻. Avec 7 électrons de valence, il en gagne 1 pour atteindre l’octet.
6. Quelle est la configuration de l’ion Al³⁺ (Z = 13) ?
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1s² 2s² 2p⁶. L’ion a 13 − 3 = 10 électrons : 1s² 2s² 2p⁶.
Questions fréquentes
Comment savoir si un atome est stable ?
Un atome est stable si sa couche de valence est saturée : 2 électrons pour l’hélium, 8 pour les autres gaz nobles. C’est le cas de He, Ne et Ar.
Quelle est la configuration électronique du fer ?
Le fer, Z = 26, fait intervenir la sous-couche 3d, qui n’est pas étudiée en seconde. Le programme s’arrête aux 18 premiers éléments.
Que signifie 2p⁴ ?
Le 2 est le numéro de la couche, p le type de sous-couche, et l’exposant 4 indique qu’elle contient 4 électrons.