8.A1 : Configuration électronique
Compétences mises en jeu
• Déterminer la position de l’élément dans le tableau périodique à partir de la donnée de la configuration électronique de l’atome à l’état fondamental.
• Déterminer les électrons de valence d’un atome (Z ⩽ 18) à partir de sa configuration électronique à l’état fondamental ou de sa position dans le tableau périodique.
I - Prendre connaissance
1) Petite historique de la classification des éléments
• Texte 1 : La découverte des éléments
Depuis l’antiquité, on connaît quelques corps simples comme le cuivre, l’or, le fer, l’argent ou le soufre.
En 1700, seuls 12 corps simples ont été isolés : l’antimoine, l’argent, l’arsenic, le carbone, le cuivre, l’étain, le fer, le mercure, l’or, le phosphore, le plomb et le soufre. Les techniques d’analyse évoluant, en 1850 le nombre de corps simples connu est d’une soixantaine.
• Texte 2 : La mise en évidence des propriétés similaire pour certains éléments
En étudiant les propriétés des éléments, les chimistes découvrent que certains d’entre eux possèdent des propriétés chimiques voisines : en 1808 l’anglais Humphry Davy met en évidence les similitudes de comportement chimique pour le calcium, le strontium et le baryum ; en 1818 le même Humphry Davy révèle les propriétés communes au lithium, au sodium et au potassium ; en 1817 le chimiste allemand Johann Döbereiner suggère l’existence de propriétés comparables pour le chlore, le brome et l’iode.
Vers 1850, une vingtaine de regroupements sont ainsi mis en évidence.
• Texte 3 : La détermination du poids atomique
Au début du XIXè siècle, l’anglais John Dalton introduit l’idée qu’à chaque élément correspond un atome à qui il assigne un « poids atomique » et un symbole.
Bien sûr, il ne pouvait pas peser les atomes sur une balance !!!
En fait les poids atomiques sont déterminés en mesurant les proportions en masse dans lesquelles les réactifs se combinent lors de transformations chimiques. L’hydrogène, le plus léger, est pris comme référence.
Pour caractériser un élément chimique, les chimistes ont très vite utilisé ce « poids atomique ».
2) Les électrons du cortège électronique
• Les couches et sous-couches
| Couche | Sous-couche | ||
|---|---|---|---|
| Nom | Nombre de places |
Nom | Nombre de places |
| 1 | 2 | 1s | 2 |
| 2 | 8 | 2s | 2 |
| 2p | 6 | ||
| 3 | 8 | 3s | 2 |
| 3p | 6 | ||
Dans le cortège électronique, les électrons sont répartis en couches (identifiées par un nombre : 1, 2, 3...) et en sous-couches (identifiées par une lettre : s, p, d...).
Chaque sous-couche, et donc chaque couche, contient un nombre défini de places.
• Remplissage des couches et sous-couches
Le remplissage des couches et sous-couches se fait dans l'ordre du tableau ci-contre : 1s, 2s, 2p, 3s, 3p (ensuite, l'ordre est moins immédiat)...
On appelle configuration électronique la répartition des électrons dans les couches et sous-couches.
La dernière couche occupée est appelée couche de valence (ou couche externe) et ses électrons sont appelés les électrons de valence.
II - Remplissage du tableau périodique des éléments
Dans cette partie :
- - On utilisera le tableau périodique des éléments donné en annexe ;
- - On s'aidera de l'animation : chimie.ostralo.net/structure_electronique_spdf/
1 Compléter la deuxième et la troisième ligne du tableau périodique avec : les numéros atomiques ; les symboles des éléments ; les configurations électroniques.
2 Pour chaque configuration électronique, souligner la partie qui correspond aux sous-couches de la couche externe.
III - Analyse du tableau périodique des éléments
1 Un élément par case
La dernière phrase du texte 3 n'est plus tout à fait correcte. Indiquer ce qui caractérise un élément chimique, c'est-à-dire une case du tableau, pour les chimistes d'aujourd'hui.
2 Analyse du tableau ligne par ligne
2.a Repérer les positions des éléments dont la couche externe est la couche 1.
2.a Repérer les positions des éléments dont la couche externe est la couche 2.
2.c Expliquer le lien qu'il y a entre les lignes du tableau et les couches du cortège électronique.
3 Analyse du tableau colonne par colonne
3.a Où sont les éléments dont la sous-couche s de la couche externe contient un électron ?
3.b Où sont les éléments dont la sous-couche p de la couche externe contient cinq électrons ?
3.c Repérer la position des éléments dont la couche externe est complète.
3.d Indiquer le point commun qu'il y a entre les éléments appartenant à une même colonne.
4 Positionnement d'un élément
On s'intéresse à l'atome dont la structure électronique est : 1s22s22p63s23p2.
4.a Sans utiliser l'animation, proposer une position pour cet atome dans le tableau périodique des éléments.
4.b Déterminer le nombre d'électrons dont l'atome dispose sur sa couche externe.
5 Positions des éléments dont les propriétés sont similaires
Dans le texte 2, il est fait référence à plusieurs groupes de trois éléments aux propriétés similaires.
5.a Relever ces groupes d'éléments et repérer leurs positions dans le tableau.
5.b Indiquer la particularité de ces positions.
5.c Quel lien peut-on faire avec la question 2) ?
IV - Les familles d'éléments chimiques
Pour cette question, on s'aidera du site wikipédia : Familles d'éléments chimiques.
1 Trouver le nom que les chimistes donnent aux éléments de la première colonne et citer une ou deux de leurs propriétés.
2 Trouver le nom que les chimistes donnent aux éléments de l'avant-dernière colonne et citer une ou deux de leurs propriétés.
3 Trouver le nom que les chimistes donnent aux éléments de la dernière colonne et citer une ou deux de leurs propriétés.