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Électrons de valence et familles chimiques

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Objectifs

Déterminer le nombre d’électrons de valence connaissant la configuration électronique de l’atome ou sa position dans le tableau périodique.
Associer la notion de famille chimique à l’existence de propriétés communes et identifier la famille des gaz nobles.

Points clés

Le nombre d’électrons de valence est le nombre d’électrons de la dernière couche : ce nombre correspond au numéro de la colonne du tableau périodique simplifié.
Les éléments d’une même colonne ont le même nombre d’électrons externes ce qui leur confère des propriétés similaires : on dit qu’ils appartiennent à la même famille chimique.

Pour bien comprendre

La configuration électronique d’un atome
Le tableau périodique des éléments

1. Les électrons de valences

Les électrons de valence sont les électrons qui se trouvent sur la dernière couche du nuage électronique, appelée couche de valence.

Ce sont ces électrons qui vont participer aux liaisons entres atomes dans les molécules, ou à la formation d’ions.

Dans la configuration électronique d’un atome dans son état fondamental, le nombre d’électrons de valence se trouve en exposant dans les sous-couches de la dernière couche.

Exemple de détermination du nombre d’électrons de valence

Dans le tableau périodique, si on ne tient pas compte des éléments de transition (colonnes 3 à 12), le nombre d’électrons de valence d’un atome est le numéro de la colonne dans laquelle il se trouve.

Nombre d’électrons de valence et numéro de colonne du tableau périodique

Exemple
Le chlore est dans la colonne 7. L’atome de chlore possède 7 électrons de valence.

2. La notion de famille chimique

Dans une même colonne, les atomes des éléments ont le même nombre d’électrons de valence, ce qui explique les similarités dans leurs propriétés chimiques. C’est pour cette raison que les éléments d’une même colonne font partie de la même famille chimique.

Dans le tableau périodique simplifié, on retrouve les principales familles.

Les familles chimiques dans le tableau périodique simplifié

Colonne 1 : Hormis l’hydrogène, c’est la famille des alcalins.
Colonne 7 : Famille des halogènes.
Colonne 8 : Famille des gaz nobles.

Les éléments d’une même famille chimique (dans la même colonne) ont des propriétés chimiques similaires. Ils sont notamment susceptibles de former des ions de même charge électrique.

Exemple
Le magnésium (Mg) et le calcium (Ca) sont de la même famille. Ils peuvent tous les deux former un ion de charge (2+) : les ions Ca²⁺ et Mg²⁺.

a. La famille des alcalins

La famille des alcalins est la famille des éléments chimiques qui se trouvent dans la première colonne : lithium Li, sodium Na, potassium K, etc. (l’hydrogène ne fait pas partie de cette famille).

Le tableau suivant indique la configuration électronique de trois alcalins. Ces configurations électroniques montrent qu’ils sont tous les trois dans la première colonne.

Numéro atomique Z	Élément	Configuration électronique
3	Li	1s²2s¹
11	Na	1s²2s²2p⁶3s¹
19	K	1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹

Propriété
Ce sont des métaux qui réagissent de manière violente avec l’eau et le dioxygène.

b. La famille des halogènes

La famille des halogènes est la famille des éléments chimiques qui se trouvent dans l’avant-dernière colonne : fluor F, chlore Cl, brome Br, iode I, etc.

Le tableau suivant indique la configuration électronique de deux halogènes. Ces configurations électroniques montrent qu’ils sont tous les deux dans la 7^e colonne (2 + 5).

Numéro atomique Z	Élément	Configuration électronique
9	F	1s²2s² 2p⁵
17	Cl	1s² 2s² 2p⁶3s² 3p⁵

Propriétés
Voici des exemples de propriétés communes.

Les halogènes acceptent facilement un électron pour donner un anion X⁻.
Tous les dihalogènes (dichlore Cl₂, dibrome Br₂, etc.) sont très toxiques.
Les halogènes réagissent avec des métaux pour former des composés ioniques.

c. La famille des gaz nobles

La famille des gaz nobles est la famille des éléments chimiques qui se trouvent dans la dernière colonne : hélium He, néon Ne, argon Ar, etc.

Le tableau suivant donne la configuration électronique de trois gaz nobles. Ces configurations électroniques montrent que leur dernière couche est pleine avec 2 électrons pour l’hélium et 8 électrons pour le néon et l’argon (2 + 6).

Numéro atomique Z	Élément	Configuration électronique
2	He	1s²
10	Ne	1s²2s² 2p⁶
18	Ar	1s² 2s² 2p⁶3s² 3p⁶

Propriétés

Les atomes de ces éléments possèdent tous des couches de valence saturées et ils sont par conséquent très stables.

Leur stabilité fait qu’ils ne forment pas d’ions stables ni de molécule, et qu’ils ne participent à aucune réaction chimique.

Ils existent sous forme de gaz monoatomique.

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