Cours électricité

Apprendre l'électricité

 

 

Couche électronique

Un atome est composé d'un noyau entouré de couches électroniques qui contiennent chacune un nombre donné d'électrons qui gravitent où ils veulent, dans cette couche, autour du noyau.

Les couches électroniques sont symbolisées par des lettres, successivement, en partant de la plus proche du noyau :

  • la première couche est la couche K, capacité : 2 ; n = 1 ;
  • ensuite vient la couche L, capacité : 8 ; n = 2 ;
  • puis la couche M, capacité : 18 ; n = 3 ;
  • puis la couche N, capacité : 32 ; n = 4 ;
  • puis la couche O, capacité : 32 ; n = 5 ;
  • puis la couche P, capacité : 32 ; n = 6 ;
  • puis la couche Q, capacité : 32 ; n = 7.

Il existe une formule pour savoir le nombre d'électrons que peut fixer une couche : si n est le numéro d'ordre de la couche visée (K = 1, L = 2etc.), le nombre d'électron qu'elle peut contenir jusqu'à saturation est 2n2. Mais dès lors que l'on dépasse 32 électrons avec cette formule, on se limite à 32.

Couche électroniqueLa couche K (commune à tous les éléments chimiques) possède jusqu'à deux électrons, les couches "L" possèdent jusqu'à 8 électrons, la couche M 18, la couche N 32, la couche O 32, la couche P 32 et la couche Q 32. Le nombre de couches d'un atome dépend donc du nombre d'électrons de cet atome.

Les électrons se placent en priorité sur la couche la plus proche du noyau jusqu'à ce qu'elle soit saturée (nombre d'électrons maximum atteint), les électrons restants se placent sur la couche suivante jusqu'à ce qu'elle soit aussi saturée et ainsi de suite, tant qu'il reste des électrons. Ainsi, un atome d'hydrogène, qui possède un seul électron, n'a que la couche K qui est partiellement remplie (un électron sur un maximum de deux). Pour un atome d'hélium, qui a deux électrons, ceux-ci sont répartis dans la couche K qui est entièrement remplie (deux électrons sur un maximum de deux). Par conséquent, l'atome de lithium, qui a trois électrons, a une couche K saturée (avec les deux premiers), et une couche L qui contient le troisième électron.

Une couche est dite saturée si elle contient son nombre maximum d'électrons. La couche K des atomes d'hélium et de lithium est donc saturée.

Exemple : Structure de l'atome de sodium

Le sodium possède onze électrons. Sa structure électronique est notée : (K)2(L)8(M)1. Les couches K et L sont saturées. Le nombre maximum d'électrons que peut contenir chaque couche n'est pas quelconque. Selon le principe de Pauli, il est égal a 2n2 pour la nème couche. Le remplissage se fera donc avec 2 électrons sur la couche K, 8 sur la couche L ,18 sur la couche Metc. En résumé : (K)2(L)8(M)18(N)32(O)50(P)72 ...

Ce modèle de remplissage des couches électroniques a été remis en cause par la physique quantique pour un modèle plus complexe mais qui semble plus proche de la réalité à l'échelle atomique : en plus des couches, il faut prendre en compte l'existence de sous-couches électroniques notées s, p, d, f, g et qui ont leur propre nombre maximal d'électrons pour être saturées.

Les choses se compliquent à compter de l'atome de potassium (Z = 19) : le 19e électron se place sur la couche N alors que la couche M n'est pas encore saturée (elle peut contenir 18 électrons, alors qu'elle en contient seulement 8).

Ainsi, pour l'atome de potassium, on aura : (K)2(L)8(M)8(N)1 et non (K)2(L)8(M)9.

Il en est de même pour l'atome de calcium (Z = 20), où la couche N reçoit 2 électrons alors que la couche M stagne à 8. Cependant, à partir du scandium (Z = 21) et jusqu'au zinc (Z = 30), le peuplement de la couche M reprend, laissant la couche N avec 2 électrons (avec exception pour le cuivre et le chrome, pour lesquels la couche N repasse à 1). Après saturation de la couche M pour le zinc, le peuplement de la couche N reprend à son tour.

Exemples :

  • Oxygène (Z = 8) : (K)2(L)6
  • Aluminium (Z = 13) : (K)2(L)8(M)3
  • Argon (Z = 18) : (K)2(L)8(M)8
  • Potassium (Z = 19) : (K)2(L)8(M)8(N)1
  • Calcium (Z = 20) : (K)2(L)8(M)8(N)2
  • Scandium (Z = 21) : (K)2(L)8(M)9(N)2
  • Titane (Z = 22) : (K)2(L)8(M)10(N)2
  • Cobalt (Z = 27) : (K)2(L)8(M)15(N)2
  • Cuivre (Z = 29) : (K)2(L)8(M)18(N)1
  • Zinc (Z = 30) : (K)2(L)8(M)18(N)2
  • Gallium (Z = 31) : (K)2(L)8(M)18(N)3

Pour en apprendre plus sur la couche électronique, suivez des cours d'électricité.