Physique Chimie

1. Enoncé des régles de stabilités

Observons la structure électronique de ces gaz nobles :

C'est ce nombre particulier d'électrons sur la couche externe qui donne cette stabilité (encore appelée : inertie chimique), aux atomes de gaz nobles.
Les autres atomes sont instables et vont chercher à adopter la même configuration électronique que les atomes de gaz nobles, en perdant où en gagnant, un où plusieurs électrons. Pour des raisons d'origine électrostatiques que nous n'expliquerons pas ici, nous ajouterons la condition suivante :

L'ajoût ou la perte d'électron(s) ne pourra difficilement excéder 3.

De l'ensemble de ces observations, il en découle les deux régles de stabilité suivantes :

  Règle du duet

Pour devenir stable, les atomes dont le numéro atomique Z 4
remplissent leur dernière couche avec 2 électrons.

  Règle de l'octet

Pour devenir stable, les atomes dont le numéro atomique Z > 4
remplissent leur dernière couche avec 8 électrons.

2. Application aux ions mono-atomiques stables.

Exemple n°1 :

L'atome de Chlore possède la structure électronique :
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵
Son numéro atomique est 17, donc Z > 4.
On applique alors la règle de l'octet : Sa dernière couche doit contenir 8 électrons. En ajoutant 1 électron, nous obtenons l'ion stable Chlorure (Cl^-) de structure électronique :
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

Exemple n°2 :

L'atome de Magnésium possède la structure électronique :
1s² 2s² 2p⁶ 3s²
Son numéro atomique est 12, donc Z > 4.
On applique alors la règle de l'octet : Sa dernière couche doit contenir 8 électrons.
Puisqu'une règle précédente nous empêche d'ajouter plus de 3 électrons, nous allons donc enlever les 2 électrons de la sous-couche 3s qui disparait. En conséquence la dernière couche devient la couche n°2 avec 8 électrons. La structure électronique de l'ion stable magnésium (Mg²⁺) devient : 1s² 2s² 2p⁶

Exemple n°3 :

L'atome de Lithium possède la structure électronique :
1s² 2s¹
Son numéro atomique est 3, donc Z 4.
On applique alors la règle du duet : Sa dernière couche doit contenir 2 électrons.
L'erreur consiste ici à ajouter un électron. En effet le remplissage total de la couche n°2 nécessite 8 électrons. Pour les mêmes raisons rencontrées avec l'atome de magnésium, nous devons choisir d'enlever l'électron de la couche n°2. La structure électronique de l'ion stable Lithium (Li⁺) devient 1s²

3. Classification périodique et ions

La classification périodique nous apporte un moyen très simple de déterminer la charge d'un ion. En effet les éléments de la première colonne possède un électron seulement sur leur dernière couche. L'ensemble des règles que nous venons de découvrir nous ammène à arracher cette électron.
Les atomes Li, Na, K, ... deviennent alors respectivement les ions : Li⁺, Na⁺, K⁺, ...

Pour la deuxième colonne ce sont 2 électrons qui seront arrachés. Par conséquent :
Les atomes Be, Mg, Ca, ... deviennent alors respectivement les ions : Be²⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, ...

Inversement à l'autre extrémité du tableau la colonne contenant les halogènes possède 7 électrons sur leur dernière couche. Ils complètent cette couche en y ajoutant 1 électron.

  Les atomes F, Cl, Br, ... deviennent alors respectivement les ions : F^-, Cl^-, Br^-, ...

  Ajoutons encore la colonne contenant l'atome d'oxygène qui est caractérisé par une dernière couche contenant 6
  électrons. Elle contient les atomes O, S, Se, ... qui deviendrons respectivement les ions : O^2-, S^2-, Se^2-, ...