Fiche de révision : Configuration électronique des atomes

📋 Plan du Cours

1. Composition et structure de l’atome
2. Ions, isotopes et éléments
3. Masse atomique et tableau périodique
4. Modèle de Bohr et énergie
5. Couches, orbitales et nombres quantiques
6. Règles de configuration électronique
7. Valence et familles chimiques

📖 1. Composition et structure de l’atome

🔑 Notions clés & Définitions

• Atome : Entité électriquement neutre constituée d’un noyau entouré d’un nuage électronique.

★ À maîtriser

• La taille moyenne d’un atome est de 1 Å, soit $10^{-10}\,\text{m}$ ou 0,1 nm.

📌 La masse d’un atome est concentrée dans son noyau, car la masse d’un proton ou d’un neutron est environ $1{,}67\times10^{-27}\,\text{kg}$, très supérieure à celle d’un électron, environ $9{,}1\times10^{-31}\,\text{kg}$.

📐 Formule — Le nombre de masse vérifie $A=Z+N$, où A est le nombre de nucléons, Z le nombre de protons et N le nombre de neutrons.

• Un proton porte la charge $+e=1{,}6\times10^{-19}\,\text{C}$, un électron porte la charge $-e=-1{,}6\times10^{-19}\,\text{C}$ et un neutron est électriquement neutre.

Compléments

• Le noyau est environ 100 000 fois plus petit que l’atome, qui est donc principalement constitué de vide.

💡 Astuce mémo

Noyau massif, nuage électronique léger

📖 2. Ions, isotopes et éléments

🔑 Notions clés & Définitions

• Ion : Entité chimique possédant une charge électrique.
• Élément chimique : Regroupe toutes les espèces chimiques possédant le même numéro atomique Z.
• Isotope : Deux isotopes d’un même élément possèdent le même nombre de protons mais diffèrent par leur nombre de neutrons, ce qui modifie leur masse.

★ À maîtriser

📌 Un cation est une entité chargée positivement, tandis qu’un anion est une entité chargée négativement.

• Un cation se forme par perte de n électrons et un anion se forme par gain de n électrons.

Compléments

• Pour le fer, ⁵⁶Fe possède 26 protons, 30 neutrons et 26 électrons, tandis que ⁵⁶Fe²⁺ possède 24 électrons et ⁵⁶Fe³⁺ en possède 23.

💡 Astuce mémo

Ion : électrons changés ; isotope : neutrons changés

📖 3. Masse atomique et tableau périodique

🔑 Notions clés & Définitions

• Abondance naturelle : Proportion des différents isotopes d’un élément présente dans la nature.

★ À maîtriser

• Une mole d’atomes contient $6{,}02\times10^{23}$ atomes, ce qui correspond au nombre d’atomes présents dans 12 g de ¹²C.

📌 Dans le tableau périodique, les éléments sont rangés par valeur croissante de Z, avec une période par ligne et une famille par colonne.

Compléments

• La masse molaire atomique du carbone est 12,0107 g·mol⁻¹, alors que ses masses molaires isotopiques indiquées sont 12 g·mol⁻¹, 13 g·mol⁻¹ et 14 g·mol⁻¹.

💡 Astuce mémo

Z croissant : périodes en lignes, familles en colonnes

📖 4. Modèle de Bohr et énergie

🔑 Notions clés & Définitions

• Modèle en couches : Description d’électrons qui ne peuvent posséder que certaines énergies ni se trouver n’importe où autour du noyau.

📝 Points essentiels

📌 Les électrons d’un même atome n’ont pas tous la même énergie et, plus un électron est éloigné du noyau, plus son énergie est grande.

📐 Formule — Pour l’atome d’hydrogène, l’énergie électronique est donnée par $E(n)=-\frac{13{,}6}{n^2}\,\text{eV}$, avec n entier supérieur ou égal à 1.

💡 Astuce mémo

Éloignement du noyau → énergie électronique plus grande

📖 5. Couches, orbitales et nombres quantiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Couche électronique : Caractérisée par le nombre quantique principal n, entier supérieur ou égal à 1, et regroupant des sous-couches.
• Sous-couche électronique : Une sous-couche électronique est un niveau d’énergie caractérisé par le nombre quantique secondaire l, avec 0 ≤ l ≤ n−1, et noté s, p, d ou au-delà.
• Orbitale atomique : Région tridimensionnelle autour du noyau dans laquelle l’électron peut se trouver avec une probabilité de 90 %.
• Sous-couche dégénérée : Composée de plusieurs orbitales atomiques de même énergie.

★ À maîtriser

• Le nombre quantique magnétique ml prend les valeurs entières de −l à +l, et le nombre de ses valeurs correspond au nombre d’orbitales atomiques de la sous-couche.

Compléments

• Le nombre quantique de spin s peut prendre les valeurs +1/2 ou −1/2.

💡 Astuce mémo

n → l → ml → ms

📖 6. Règles de configuration électronique

★ À maîtriser

• Deux électrons ne peuvent pas avoir leurs quatre nombres quantiques identiques, donc une orbitale atomique ne peut contenir que deux électrons.

• Quand un niveau d’énergie est dégénéré et que le nombre d’électrons est insuffisant pour le saturer, l’état fondamental utilise le maximum d’orbitales atomiques.

• Les sous-couches se remplissent dans l’ordre croissant de n+l et, en cas d’égalité, dans l’ordre croissant de n.

Compléments

• La configuration électronique de l’azote, de numéro atomique Z=7, est 1s² 2s² 2p³.

• La configuration électronique donnée 1s² 2s² 2p² correspond à un atome possédant six électrons.

💡 Astuce mémo

Klechkowsky remplit, Hund répartit, Pauli limite

📖 7. Valence et familles chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Électrons de valence : Électrons de la couche possédant la plus grande valeur de n et électrons appartenant aux sous-couches incomplètes.
• Électrons de cœur : Électrons qui ne sont pas des électrons de valence.

★ À maîtriser

• Les familles particulières mentionnées sont:
  • les alcalins
  • les alcalino-terreux
  • les halogènes
  • les gaz rares

Compléments

• Le tableau périodique relie les configurations électroniques aux blocs s et p.

💡 Astuce mémo

Cœur interne, valence externe

📊 Tableaux de synthèse

Ions et isotopes