Comment trouver les électrons de Valence?

En chimie, les électrons de valence sont les électrons situés dans la couche électronique la plus externe d'un élément. Savoir comment trouver le nombre d'électrons de valence dans un atome particulier est une compétence importante pour les chimistes car cette information détermine les types de liaisons chimiques qu'il peut former et, par conséquent, la réactivité de l'élément. Heureusement, tout ce dont vous avez besoin pour trouver les électrons de valence d'un élément est un tableau périodique standard des éléments.

Partie 1 sur 2: trouver des électrons de valence avec un tableau périodique

Métaux non de transition

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Trouvez un tableau périodique des éléments. Il s'agit d'un tableau à code couleur composé de nombreux carrés différents qui répertorie tous les éléments chimiques connus de l'humanité. Le tableau périodique révèle de nombreuses informations sur les éléments - nous utiliserons certaines de ces informations pour déterminer le nombre d'électrons de valence dans l'atome que nous étudions. Vous pouvez généralement les trouver à l'intérieur de la couverture des manuels de chimie. Il existe également une excellente table interactive disponible en ligne ici.
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Étiquetez chaque colonne du tableau périodique des éléments de 1 à 18. Généralement, sur un tableau périodique, tous les éléments d'une même colonne verticale auront le même nombre d'électrons de valence. Si votre tableau périodique n'a pas déjà chaque colonne numérotée, attribuez à chacune un numéro commençant par 1 pour l'extrémité gauche et 18 pour l'extrémité droite. En termes scientifiques, ces colonnes sont appelées l'élément «groupes».
- Par exemple, si nous travaillions avec un tableau périodique où les groupes ne sont pas numérotés, nous écririons un 1 au-dessus de l'hydrogène (H), un 2 au-dessus du béryllium (Be), et ainsi de suite jusqu'à écrire un 18 au-dessus de l'hélium (He).
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Trouvez votre élément sur la table. Maintenant, localisez l'élément pour lequel vous voulez trouver les électrons de valence sur le tableau. Vous pouvez le faire avec son symbole chimique (les lettres dans chaque case), son numéro atomique (le nombre en haut à gauche de chaque case) ou tout autre élément d'information disponible sur le tableau.
- A titre d'exemple, trouvons les électrons de valence pour un élément très commun: le carbone (C). Cet élément a un numéro atomique de 6. Il est situé au sommet du groupe 14. Dans l'étape suivante, nous trouverons ses électrons de valence.
- Dans cette sous-section, nous allons ignorer les métaux de transition, qui sont les éléments du bloc en forme de rectangle fabriqué par les groupes 3 à 12. Ces éléments sont un peu différents des autres, donc les étapes de cette sous-section ne seront pas travailler sur eux. Voyez comment les traiter dans la sous-section ci-dessous.
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Utilisez les numéros de groupe pour déterminer le nombre d'électrons de valence. Le numéro de groupe d'un métal sans transition peut être utilisé pour trouver le nombre d'électrons de valence dans un atome de cet élément. La place du numéro de groupe est le nombre d'électrons de valence dans un atome de ces éléments. Autrement dit:
- Groupe 1: 1 électron de valence
- Groupe 2: 2 électrons de valence
- Groupe 13: 3 électrons de valence
- Groupe 14: 4 électrons de valence
- Groupe 15: 5 électrons de valence
- Groupe 16: 6 électrons de valence
- Groupe 17: 7 électrons de valence
- Groupe 18: 8 électrons de valence (sauf pour l'hélium, qui en a 2)
- Dans notre exemple, puisque le carbone est dans le groupe 14, on peut dire qu'un atome de carbone a quatre électrons de valence.

Les électrons de valence sont les électrons de la couche la plus externe - en d'autres termes — Généralement, les électrons de valence sont les électrons de la couche la plus externe - en d'autres termes, les derniers électrons ajoutés.

Métaux de transition

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Trouvez un élément des groupes 3 à 12. Comme indiqué ci-dessus, les éléments des groupes 3 à 12 sont appelés "métaux de transition" et se comportent différemment du reste des éléments en ce qui concerne les électrons de valence. Dans cette section, nous expliquerons comment, dans une certaine mesure, il n'est souvent pas possible d'attribuer des électrons de valence à ces atomes.
- À des fins d'exemple, choisissons le tantale (Ta), élément 73. Dans les prochaines étapes, nous trouverons ses électrons de valence (ou, du moins, essayons de le faire.)
- Notez que les métaux de transition comprennent les séries des lanthanides et des actinides (également appelées " métaux des terres rares ") - les deux rangées d'éléments qui sont généralement positionnées sous le reste du tableau et qui commencent par le lanthane et l'actinium. Ces éléments appartiennent tous au groupe 3 du tableau périodique.
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Comprenez que les métaux de transition n'ont pas d'électrons de valence "traditionnels". Comprendre pourquoi les métaux de transition ne "fonctionnent" pas vraiment comme le reste du tableau périodique nécessite une petite explication du comportement des électrons dans les atomes. Voir ci-dessous pour un aperçu rapide ou ignorez cette étape pour accéder directement aux réponses.
- Au fur et à mesure que les électrons sont ajoutés à un atome, ils sont triés en différentes "orbitales" - essentiellement des zones différentes autour du noyau dans lesquelles les électrons se rassemblent. En général, les électrons de valence sont les électrons de la couche la plus externe - en d'autres termes, les derniers électrons ajoutés.
- Pour des raisons un peu trop complexes à expliquer ici, lorsque des électrons sont ajoutés à la couche externe d d'un métal de transition (plus de détails ci-dessous), les premiers électrons qui pénètrent dans la couche ont tendance à agir comme des électrons de valence normaux, mais après cela, ils ne le font pas, et les électrons d'autres couches orbitales agissent parfois comme des électrons de valence à la place. Cela signifie qu'un atome peut avoir plusieurs nombres d'électrons de valence selon la façon dont il est manipulé.
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Déterminer le nombre d'électrons de valence en fonction du numéro de groupe. Encore une fois, le numéro de groupe de l'élément que vous examinez peut vous indiquer ses électrons de valence. Cependant, pour les métaux de transition, il n'y a pas de schéma que vous puissiez suivre - le numéro de groupe correspond généralement à une plage de nombres possibles d'électrons de valence. Ceux-ci sont:
- Groupe 3: 3 électrons de valence
- Groupe 4: 2 à 4 électrons de valence
- Groupe 5: 2 à 5 électrons de valence
- Groupe 6: 2 à 6 électrons de valence
- Groupe 7: 2 à 7 électrons de valence
- Groupe 8: 2 ou 3 électrons de valence
- Groupe 9: 2 ou 3 électrons de valence
- Groupe 10: 2 ou 3 électrons de valence
- Groupe 11: 1 ou 2 électrons de valence
- Groupe 12: 2 électrons de valence
- Dans notre exemple, puisque le tantale est dans le groupe 5, on peut dire qu'il a entre deux et cinq électrons de valence, selon la situation.

Le nombre d'électrons dans la couche la plus externe donne le nombre total d'électrons de valence — Ensuite, le nombre d'électrons dans la couche la plus externe donne le nombre total d'électrons de valence dans cet élément.

Partie 2 sur 2: trouver des électrons de valence avec une configuration électronique

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Apprenez à lire une configuration électronique. Une autre façon de trouver les électrons de valence d'un élément consiste à utiliser ce qu'on appelle une configuration électronique. Ceux-ci peuvent sembler compliqués à première vue, mais ils ne sont qu'un moyen de représenter les orbitales électroniques dans un atome avec des lettres et des chiffres et ils sont faciles une fois que vous savez ce que vous regardez.
- Regardons un exemple de configuration pour l'élément sodium (Na):
  
  1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ¹
- Notez que cette configuration électronique n'est qu'une chaîne répétitive qui ressemble à ceci:
  
  (nombre)(lettre) ^{(nombre en relief)} (nombre)(lettre) ^{(nombre en relief)}...
- ...etc. Le morceau (nombre) (lettre) est le nom de l'orbitale électronique et le ^{(nombre en relief)} est le nombre d'électrons dans cette orbitale - c'est tout!
- Ainsi, pour notre exemple, nous dirions que le sodium a 2 électrons dans l'orbite 1s plus 2 électrons dans l'orbitale 2s plus 6 électrons dans l'orbitale 2p plus 1 électron dans l'orbitale 3s. Cela fait 11 électrons au total - le sodium est l'élément numéro 11, donc cela a du sens.
- Gardez à l'esprit que chaque sous-couche a une certaine capacité électronique. Leurs capacités électroniques sont les suivantes:
  - s: capacité de 2 électrons
  - p: capacité de 6 électrons
  - d:10 capacité électronique
  - f: capacité de 14 électrons
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Trouvez la configuration électronique de l'élément que vous examinez. Une fois que vous connaissez la configuration électronique d'un élément, trouver son nombre d'électrons de valence est assez simple (sauf, bien sûr, pour les métaux de transition.) Si la configuration vous est donnée dès le départ, vous pouvez passer à l'étape suivante. Si vous devez le trouver vous-même, voyez ci-dessous:
- Examinez la configuration électronique complète de l'oganesson (Og), élément 118, qui est le dernier élément du tableau périodique. Il a le plus d'électrons de tous les éléments, donc sa configuration électronique démontre toutes les possibilités que vous pourriez rencontrer dans d'autres éléments:
  
  1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ¹⁰ 5p ⁶ 6s ² 4f ¹⁴ 5d ¹⁰ 6p ⁶ 7s ² 5f ¹⁴ 6d ¹⁰ 7p ⁶
- Maintenant que vous avez ceci, tout ce que vous avez à faire pour trouver la configuration électronique d'un autre atome est simplement de remplir ce motif depuis le début jusqu'à ce que vous soyez à court d'électrons. C'est plus facile qu'il n'y paraît. Par exemple, si nous voulons faire le diagramme orbital du chlore (Cl), élément 17, qui a 17 électrons, nous le ferions comme ceci:
  
  1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁵
- Notez que le nombre d'électrons totalise 17: 2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17. Vous n'avez qu'à changer le nombre dans l'orbitale finale - le reste est le même puisque les orbitales avant la dernière sont complètement pleines.
- Pour en savoir plus sur les configurations électroniques, consultez également cet article.
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Attribuez des électrons aux coquilles orbitales avec la règle de l'octet. Lorsque des électrons sont ajoutés à un atome, ils tombent dans diverses orbitales selon l'ordre indiqué ci-dessus - les deux premiers vont dans l'orbitale 1s, les deux suivants dans l'orbitale 2s, les six suivants dans l'orbitale 2p, et bientôt. Lorsque nous avons affaire à des atomes en dehors des métaux de transition, nous disons que ces orbitales forment des "couches orbitales" autour du noyau, chaque couche successive étant plus éloignée que les précédentes. Outre la toute première couche, qui ne peut contenir que deux électrons, chaque couche peut en avoir huit (sauf, encore une fois, lorsqu'il s'agit de métaux de transition.) C'est ce qu'on appelle la règle de l'Octet.
- Par exemple, disons que nous regardons l'élément Bore (B). Puisque son numéro atomique est cinq, nous savons qu'il a cinq électrons et sa configuration électronique ressemble à ceci: 1s ² 2s ² 2p ¹. Puisque la première couche orbitale n'a que deux électrons, nous savons que le bore a deux couches: une avec deux électrons 1s et une avec trois électrons des orbitales 2s et 2p.
- Autre exemple, un élément comme le chlore (1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁵) aura trois couches orbitales: une avec deux électrons 1s, une avec deux électrons 2s et six électrons 2p, et une avec deux électrons 3s et cinq électrons 3p.
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Trouvez le nombre d'électrons dans la couche la plus externe. Maintenant que vous connaissez les couches d'électrons de votre élément, il est facile de trouver les électrons de valence: utilisez simplement le nombre d'électrons dans la couche la plus externe. Si la coque externe est pleine (c'est-à-dire si elle a huit électrons ou, pour la première coque, deux), l'élément est inerte et ne réagira pas facilement avec les autres éléments. Encore une fois, cependant, les choses ne suivent pas tout à fait ces règles pour les métaux de transition.
- Par exemple, si nous travaillons avec du bore, puisqu'il y a trois électrons dans la deuxième couche, nous pouvons dire que le bore a trois électrons de valence.
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Utilisez les lignes du tableau comme raccourcis de shell orbitaux. Les lignes horizontales du tableau périodique sont appelées l'élément «périodes». En partant du haut du tableau, chaque période correspond au nombre de couches d' électrons que possèdent les atomes de la période. Vous pouvez l'utiliser comme raccourci pour déterminer le nombre d'électrons de valence d'un élément - commencez simplement par le côté gauche de sa période lors du comptage des électrons. Encore une fois, vous voudrez ignorer les métaux de transition avec cette méthode, qui comprend les groupes 3-12.
- Par exemple, nous savons que l'élément sélénium a quatre coquilles orbitales car il se trouve dans la quatrième période. Puisqu'il s'agit du sixième élément en partant de la gauche de la quatrième période (en ignorant les métaux de transition), nous savons que la quatrième couche externe a six électrons et, par conséquent, que le sélénium a six électrons de valence.

Le numéro de groupe de l'élément que vous examinez peut vous indiquer ses électrons de valence — Encore une fois, le numéro de groupe de l'élément que vous examinez peut vous indiquer ses électrons de valence.

Conseils

Notez que les configurations électroniques peuvent être écrites dans une sorte de raccourci en utilisant des gaz rares (les éléments du groupe 18) pour remplacer les orbitales au début de la configuration. Par exemple, la configuration électronique du sodium peut être écrite [Ne]3s1 - essentiellement, c'est la même chose que le néon, mais avec un électron de plus dans l'orbitale 3s.
Les métaux de transition peuvent avoir des sous-coques de valence qui ne sont pas complètement remplies. Déterminer le nombre exact d'électrons de valence dans les métaux de transition implique des principes de théorie quantique qui dépassent le cadre de cet article.
Notez que les tableaux périodiques diffèrent d'un pays à l'autre. Veuillez donc vérifier que vous utilisez le bon et mis à jour afin d'éviter toute confusion.
Assurez-vous de savoir quand ajouter ou soustraire de la dernière orbitale pour trouver des électrons de valence.

Choses dont vous aurez besoin

Tableau périodique des éléments
Crayon
Papier

Lisez aussi: Comment mesurer la densité des gaz?