Diagrammes atomiques montrant la configuration électronique en couches des éléments

Les diagrammes atomiques consistent en une représentation simplifiée de la configuration électronique d’un atome par couches ou niveaux d’énergie. Ils constituent un moyen très simple de voir la couche de valence d’un élément ainsi que le nombre d’électrons présents dans les couches internes, ce qui est utile pour prédire les propriétés physiques et chimiques d’un élément.

Comment sont construits les diagrammes atomiques ?

La construction des diagrammes atomiques est basée sur la configuration électronique de l’élément. C’est un processus relativement simple qui s’effectue de la même manière pour chaque atome du tableau périodique. Le processus est le suivant :

Etape #1 : Rédiger la configuration électronique de l’élément

La configuration électronique est obtenue en utilisant la règle de la pluie et le nombre total d’électrons de l’atome en question. S’il s’agit d’un atome neutre, le nombre d’électrons correspond au numéro atomique de l’élément. Si, au contraire, il s’agit d’un ion, le nombre d’électrons est calculé comme le numéro atomique moins la charge électrique de l’ion (y compris son signe s’il est négatif). C’est-à-dire que la formule suivante est utilisée :

Une fois le nombre d’électrons obtenu, ils sont répartis entre les différents sous-niveaux de l’atome, en remplissant d’abord ceux dont l’énergie est la plus faible jusqu’à ce qu’ils soient complètement remplis avant de passer à l’orbite ou au sous-niveau suivant. L’ordre de remplissage est déterminé par la règle de Madelung, également appelée règle de la pluie, et est schématisé dans la figure suivante :

C’est-à-dire que le remplissage se fait selon la somme de n+l, au lieu de ne considérer que n. La liste de toutes les sous-couches avec le nombre maximum d’électrons pouvant tenir dans chacune, en suivant cette règle de remplissage, est :

Il y a plus de sous-niveaux, mais aucun élément du tableau périodique ne parvient à y localiser des électrons.

Étape 2 : Regroupez les orbitales par ordre croissant de niveau d’énergie

Le remplissage des orbitales suivant la méthode de la pluie ne produit pas toujours la configuration électronique ordonnée par niveau d’énergie principal. Pour cette raison, après avoir rempli les sous-couches, elles doivent être regroupées par leur valeur de nombre quantique non principal.

Étape 3 : Additionnez les électrons de chaque niveau d’énergie pour obtenir la configuration de la couche d’électrons

Une fois la configuration électronique finale obtenue, on additionne le nombre d’électrons dans toutes les orbitales présentes dans chaque niveau. On obtient ainsi ce que l’on appelle la configuration électronique par niveaux ou par couches. Chaque niveau d’énergie principal (c’est-à-dire chaque valeur de n) est identifié par une lettre majuscule de l’alphabet, commençant par la lettre K, comme indiqué dans le tableau suivant :

Le nombre maximal d’électrons est placé comme référence pour vérifier qu’il n’y a pas eu d’erreur dans le comptage ou la distribution des électrons. Un atome peut avoir moins que le maximum dans ses dernières coquilles électroniques, mais il ne peut jamais en avoir plus que ce nombre.

Étape #4 : Faites un diagramme avec autant de cercles concentriques que la période dans laquelle l’élément est

En ayant la configuration en couches, nous sommes prêts à construire le diagramme atomique. Dessinez simplement une série de cercles concentriques autour du noyau atomique. Un cercle doit être tracé pour chaque coquille qui contient des électrons. Ainsi, si la configuration de coque d’un atome est K ²   L ⁵ , alors deux cercles doivent être tracés, un pour la coque K (n=1) et un pour la coque L (n=2). Le nombre de couches électroniques d’un élément coïncide avec la période à laquelle il se situe sur le tableau périodique.

Étape #5 : En commençant par la plus petite circonférence (n=1), distribuez les électrons dans chaque niveau d’énergie jusqu’à ce qu’ils soient tous épuisés

Enfin, un petit cercle est dessiné sur chacune de ces circonférences pour chaque électron qui contient la coquille respective. Dans l’exemple précédent, (K ²   L ⁵ ) nous devons placer deux électrons dans le premier cercle et 5 dans le second. Tous les efforts doivent être faits pour répartir les électrons aussi uniformément que possible.

Exemples de construction de diagrammes atomiques des éléments

Hydrogène (H, Z=1)

Nombre d’électrons : 1

Configuration électronique (méthode pluie) : 1s ¹

Nombre total d’électrons par coquille :

Configuration électronique en couches : K ¹

Nombre de couches occupées : 1

Diagramme atomique de l’hydrogène :

Oxygène (O, Z=8)

Nombre d’électrons : 8

Configuration électronique (méthode de la pluie) : 1s ²   2s ²   2p ⁴

Nombre total d’électrons par coquille :

Configuration électronique par couches : K ²   L ⁶

Nombre de couches occupées : 2 (deux cercles concentriques)

Diagramme atomique de l’oxygène :

Sodium (Na, Z=11)

Nombre d’électrons : 11

Configuration électronique (méthode pluie) : 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ¹

Nombre total d’électrons par coquille :

Configuration électronique par couches : K ²   L ⁸   M ¹

Nombre de couches occupées : 3 (trois cercles concentriques)

Diagramme atomique du sodium :

Aluminium (Al, Z=13)

Nombre d’électrons : 13

Configuration électronique (méthode de la pluie) : 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ¹

Nombre total d’électrons par coquille :

Configuration électronique par couches : K ²   L ⁸   M ³

Nombre de couches occupées : 3 (trois cercles concentriques)

Diagramme atomique de l’aluminium :

Phosphore (P, Z=15)

Nombre d’électrons : 15

Configuration électronique (méthode de la pluie) : 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ³

Nombre total d’électrons par coquille :

Configuration électronique par couches : K ²   L ⁸   M ⁵

Nombre de couches occupées : 3 (trois cercles concentriques)

Diagramme atomique du phosphore :

Calcium (Ca, Z=20)

Nombre d’électrons : 20

Configuration électronique (méthode de la pluie) : 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²

Nombre total d’électrons par coquille :

Configuration électronique en couches : K ²   L ⁸   M ⁸   N ²

Nombre de couches occupées : 4 (quatre cercles concentriques)

Diagramme atomique du calcium :

Zinc (Zn, Z=30)

Nombre d’électrons : 30

Configuration électronique (méthode de la pluie) : 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰

Nombre total d’électrons par coquille :

Configuration électronique en couches : K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ²

Nombre de couches occupées : 4 (quatre cercles concentriques)

Diagramme atomique du zinc :

Germanium (Ge, Z=32)

Nombre d’électrons : 32

Configuration électronique (méthode de la pluie) : 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰   4p ²

Nombre total d’électrons par coquille :

Configuration électronique par couches : K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ⁴

Nombre de couches occupées : 4 (quatre cercles concentriques)

Diagramme atomique du germanium :

Brome (Br, Z=35)

Nombre d’électrons : 35

Configuration électronique (méthode de la pluie) : 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰   4p ⁵

Nombre total d’électrons par coquille :

Configuration électronique par couches : K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ⁷

Nombre de couches occupées : 4 (quatre cercles concentriques)

Diagramme atomique du brome :

Xénon (Xe, Z=54)

Nombre d’électrons : 54

^{Configuration} électronique (méthode de la pluie) : 1s ²   2s ²   2p ^{6 3s 2}   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰   4p ⁶   5s ²   4d   10 ^5p   6

Nombre total d’électrons par coquille :

Configuration électronique par couches : K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ¹⁸   O ⁸

Nombre de couches occupées : 5 (cinq cercles concentriques)

Diagramme atomique Xénon :

Les références

Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Chimie (11e éd.). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Miguel, J. (2020, 14 juillet). Représentation de l’atome à partir du numéro atomique et du nombre de masse à l’aide du modèle planétaire . SpaceScience.com. https://espaciociencia.com/representacion-del-atomo/

Montagud Rubio, N. (2022, 15 février). Diagramme de Moeller : qu’est-ce que c’est, comment il est utilisé en chimie et exemples . Psychologie et esprit. https://psicologiaymente.com/miscelanea/diagrama-moeller

Prototypes, C. L. (nd). Parties d’une activité de diagramme atomique . Storyboard ça. https://www.storyboardthat.com/es/lesson-plans/ensenanza-de-los-atomos/partes-del-%c3%a1tomo