Cortège électronique et tableau périodique : cours de Seconde et exercices

1Le cortège électronique

Définition. Le cortège électronique d’un atome est l’ensemble de ses électrons. Ils se répartissent en couches, repérées par un entier $n=1$ , $2$ , $3$ , elles-mêmes formées de sous-couches notées 1s ; 2s et 2p ; 3s et 3p.

Propriété — capacités. une sous-couche s contient au plus 2 électrons, une sous-couche p au plus 6. La couche $n=1$ reçoit donc au plus $2$ électrons, la couche $n=2$ au plus $8$ ( $2+6$ ), la couche $n=3$ au plus $8$ pour les éléments étudiés ici ( $3\text{s}$ et $3\text{p}$ ).

2Configuration électronique à l’état fondamental

Définition. La configuration électronique d’un atome indique la répartition de ses électrons dans les sous-couches. À l’état fondamental, les sous-couches se remplissent dans l’ordre

1s 2s 2p 3s 3p

chacune devant être pleine avant que la suivante ne commence.

Méthode — écrire une configuration ( $Z\leq 18$ ). un atome est neutre : il a $Z$ électrons. Les placer dans l’ordre de remplissage jusqu’à épuisement, en respectant les capacités, puis vérifier que la somme des exposants vaut $Z$ . Exemple : oxygène ( $Z=8$ ) : 1s² 2s² 2p⁴ ; chlore ( $Z=17$ ) : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵.

Remarque. Pour un ion monoatomique, on part du nombre réel d’électrons : $\ce{Na+}$ ( $11-1=10$ électrons) a la configuration 1s² 2s² 2p⁶, celle du néon.

3Électrons de valence

Définition. La couche externe est la dernière couche occupée, celle de plus grand $n$ . Les électrons qu’elle contient sont les électrons de valence : ce sont eux qui déterminent les propriétés chimiques de l’élément.

Notation. Pour le chlore, 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵ : la couche externe est $n=3$ , elle porte $2+5=7$ électrons de valence.

4Le tableau périodique des éléments

Définition. Dans le tableau périodique, les éléments sont rangés par numéro atomique $Z$ croissant, en lignes appelées périodes et en colonnes.

FormulaireLire la position d’un élément dans le tableau

Période (numéro de ligne) $=$ numéro $n$ de la couche externe.
Bloc : bloc s (colonnes 1 et 2) si la couche externe se termine par une sous-couche s ; bloc p (colonnes 13 à 18) si elle se termine par une sous-couche p.
Colonne : bloc s $\rightarrow$ colonne $=$ nombre d’électrons de valence ( $1$ ou $2$ ) ; bloc p $\rightarrow$ colonne $=10+{}$ nombre d’électrons de valence. Seule exception : l’hélium 1s² est placé dans la colonne 18.
Les éléments d’une même colonne ont le même nombre d’électrons de valence (sauf l’hélium, qui n’en a que $2$ dans la colonne 18) : ils ont des propriétés chimiques voisines.

Figure 1 — Les trois premières périodes du tableau périodique ( $Z\leq 18$ )

5Les familles chimiques

Définition. Une famille chimique regroupe les éléments d’une même colonne, aux propriétés voisines.

DonnéesLes trois familles à connaître

Alcalins (colonne 1, sauf l’hydrogène) : Li, Na, K… $1$ électron de valence. Métaux mous, très réactifs, qui réagissent vivement avec l’eau.
Halogènes (colonne 17) : F, Cl, Br, I. $7$ électrons de valence. Corps simples formés de molécules diatomiques ( $\ce{Cl2}$ , $\ce{I2}$ ), très réactifs.
Gaz nobles (colonne 18) : He, Ne, Ar… $8$ électrons de valence ( $2$ pour l’hélium). Gaz monoatomiques qui ne réagissent pratiquement avec aucune espèce : leurs atomes sont chimiquement très stables.

Remarque. L’hydrogène occupe la colonne 1 mais n’est pas un alcalin : ce n’est pas un métal, son corps simple $\ce{H2}$ est un gaz.

6Savoir-faire du chapitre

Savoir-faire

Écrire la configuration électronique d’un atome ou d’un ion monoatomique pour $Z\leq 18$ , et repérer une écriture impossible.
Déterminer la couche externe et le nombre d’électrons de valence à partir de la configuration.
Déduire de la configuration la période, le bloc et la colonne de l’élément dans le tableau périodique.
Lire un schéma de couches électroniques et identifier l’atome correspondant.
Reconnaître un alcalin, un halogène ou un gaz noble et citer une propriété de sa famille.

7Exemples types

Exemplede

Z

à la position dans le tableau

Soufre, $Z=16$ : on remplit 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴ (vérification : $2+2+6+2+4=16$ ). Couche externe $n=3$ : période 3. Elle se termine par une sous-couche p : bloc p. Électrons de valence : $2+4=6$ , donc colonne $10+6=16$ .

Exemplede la position à la configuration

Un élément est situé période 2, colonne 17. Sa couche externe est $n=2$ et il possède $17-10=7$ électrons de valence. Sa configuration est donc 1s² 2s² 2p⁵, soit $Z=9$ : c’est le fluor, un halogène.

Exempleconfigurations impossibles

1s² 2s³ est impossible : une sous-couche s ne peut contenir plus de $2$ électrons. 1s² 2p⁶ est impossible : la sous-couche 2s doit être remplie avant la 2p. 1s² 2s² 2p⁷ 3s² est impossible : une sous-couche p ne peut contenir plus de $6$ électrons.

Pièges

Confondre les exposants et les indices : dans 2p⁴, le $4$ est un nombre d’électrons, il s’écrit en exposant.
Oublier de vérifier que la somme des exposants vaut $Z$ (ou le nombre réel d’électrons pour un ion).
Compter comme électrons de valence tous les électrons des sous-couches s et p : seuls comptent ceux de la dernière couche occupée.
Donner la colonne $=$ nombre d’électrons de valence dans le bloc p : il faut ajouter $10$ (les colonnes 3 à 12 sont occupées par d’autres éléments).
Placer l’hélium dans la colonne 2 : malgré ses $2$ électrons de valence, c’est un gaz noble, colonne 18.

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Cortège électronique et tableau périodique

1Le cortège électronique

2Configuration électronique à l’état fondamental

3Électrons de valence

4Le tableau périodique des éléments

5Les familles chimiques

6Savoir-faire du chapitre

7Exemples types

Exercices, contrôles et sujets

Exercices de base

Exercices d'application

Contrôle A

Contrôle B

Approfondissement

Devoir bilan

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