Couche de valence

La couche de valence d'un atome est sa dernière couche électronique, c'est-à-dire la plus éloignée du noyau. Elle est caractérisée par le nombre quantique principal le plus élevé.



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Liaison chimique - Chimie générale

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La couche de valence (ou couche périphérique) d'un atome est sa dernière couche électronique, c'est-à-dire la plus éloignée du noyau. Elle est caractérisée par le nombre quantique principal le plus élevé.

Ce sont les électrons de la couche de valence, nommés électrons de valence, qui interviennent dans les liaisons chimiques.

La configuration électronique d'un élément est donnée généralement de façon condensée en ne faisant apparaître de façon explicite que les électrons dans la couche de valence. Les électrons de cœur, qui appartiennent aux couches pleines de nombre quantique principal inférieur, sont représentés par la configuration du gaz rare correspondant.


Les électrons de valence dans le tableau périodique

À l'exception des éléments de transition, la notation en chiffres romains en en-tête de chaque colonne du tableau périodique représente le nombre d'électrons de valence des éléments du groupe.

Groupe nombre d'électrons
de valence
groupe 1 (I) (métaux alcalins) 1
groupe 2 (II) (métaux alcalino-terreux) 2
groupe 13 (III) (Bore) 3
groupe 14 (IV) (Carbone) 4
groupe 15 (V) (Azotes) 5
groupe 16 (VI) (L'oxygène) 6
groupe 17 (VII) (Halogènes) 7
groupe 18 (VIII or 0) (Gaz rares ou inertes) 8 (sauf He : 2)

Les métaux de transition (groupes 3 à 12) ne figurent pas dans ce tableau, car pour ces éléments il faut décompter les électrons de la couche d dans leur configuration électronique.

Le rôle de l'électron de valence dans les réactions chimiques

En chimie, les éléments qui ont un même nombre d'électrons de valence ont des propriétés chimiques identiques.

2 Na (s) + 2 H2O (l) → 2 NaOH (aq) + H2 (g)

Les éléments du groupe 1 n'ont qu'un seul électron de valence. Cet électron est assez éloigné du noyau (sauf pour l'hydrogène) dû à la présence des électrons internes qui forment un écran. Cet électron, plus faiblement retenu au noyau, est donc aisément éjectable. Il en va de même avec les deux électrons de valences des alcalino-terreux. À l'autre extrême du tableau périodique, la forte réactivité des électrons des halogènes est entre autres explicable par leur forte affinité électronique, c'est-à-dire leur grande capacité à capter un électron en phase gazeuse. Les halogènes possèdent tous une configuration électronique ns2 np5. Une orbitale p reste à moitié pleine et est capable de d'accepter aisément un électron. Ces tendances expliquent entre autres pourquoi les réactions entre alcalins et halogènes ainsi qu'entre alcalino-terreux et halogènes sont le plus souvent particulièrement exothermiques.


Les électrons de valence et l'énergie d'ionisation

L'énergie d'ionisation est l'énergie requise pour arracher un électron de valence d'un atome ou d'un ion. L'énergie d'ionisation indique à quel point un atome surtout retient ses électrons de valence. Quand l'énergie d'ionisation est élevée, l'atome retient fortement ses électrons de valence. Au contraire, quand l'énergie d'ionisation est faible, l'atome perd aisément ses électrons de valence. D'ailleurs, l'énergie de première ionisation, I1, est l'énergie indispensable pour extraire l'électron le moins fortement retenu au noyau. À remarquer que la valeur de I1 est bien plus petite que la valeur de I2 (énergie de deuxième ionisation) et ainsi de suite. Plus l'électron est loin du noyau, plus il est facile de l'extraire. Au contraire, plus l'électron est proche du noyau, plus il faut de l'énergie pour l'extraire. D'ailleurs, les électrons internes possèdent une énergie d'ionisation largement supérieure à celle des électrons de valence. Le tableau suivant démontre bien ce concept.

Energie d'ionisation des éléments de la seconde période
Elements nombre d'électrons
de valence
Energie d'ionisation (kJ/mol)
1re 2e 3e 4e 5e 6e 7e 8e
Li 1 520 7300
Be 2 900 1760 14850
B 3 800 2430 3660 25020
C 4 1090 2350 4620 6220 37830
N 5 1400 2860 4580 7480 9440 53270
O 6 1310 3390 5300 7470 10980 13330 71330
F 7 1680 3370 6050 8410 11020 15160 17870 92040
Ne 8 2080 3950 6120 9370 12180 15240 20000 23070

Exemple

Pour l'élément P, qui possède 15 électrons, la configuration électronique est (1s) 2 (2s) 2 (2p) 6 (3s) 2 (3p) 3 (la somme des exposants est égale au nombre d'électrons).

En notation condensée cela donne : [Ne] 3s² 3p³. La couche de valence est ici la couche caractérisée par le nombre quantique principal n = 3.

La loi de couche de valence : le n le plus élevé + le d qui contiens moins de 10 électrons

Notes et références

  1. Petrucci R. H., Harwood W. S. et Herring F. G., General Chemistry (8e édition, Prentice-Hall 2002), p. 339
  2. Silberberg, M. S., Chemistry : The molecular nature of Matter and Change (3e édition, McGraw-Hill 2009), p. 299-303
  3. Miessler G. L. et Tarr, D. A., Inorganic Chemistry (2e édition, Prentice-Hall 1999). p. 48
  4. "Electrical Engineering Training series" (http ://www. tpub. com/neets/book1/chapter1/1d. htm)
  5. "Valence electrons" (http ://dl. clackamas. cc. or. us/ch104-06/valence_electrons. htm)
  6. "Ionization energy" (http ://highered. mcgraw-hill. com/sites/dl/free/0078807239/602886/Ionization_Energy. pdf)



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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 30/11/2010.
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