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Électron
L'électron est un composant élémentaire de la matière. Il a été découvert en 1897. Certains électrons sont libres, c'est le cas dans le courant électrique par exemple. Mais la plupart des électrons dans la nature sont prisonniers d'un atome.
L'électron porte une charge électrique négative. Le proton porte une charge identique mais positive. C'est pour cela qu'ils s'attirent et forment les atomes. C'est aussi pour cette raison qu'il y a autant de protons que d'électrons dans un atome.
La masse d'un électron est environ 1 000 fois plus petite que celle d'un proton ou d'un neutron.
Plusieurs atomes peuvent se coller entre eux pour former une molécule. La "colle" provient de la mise en commun de certains électrons entre tous les atomes. Les réactions chimiques s'expliquent par des échanges d'électrons entre molécules. Elles sont étudiées par la chimie.
Orbitales
En physique quantique, les électrons ne sont pas en orbite autour du noyau, comme des planètes, mais occuperaient de manière hasardeuse une zone de l'espace autour du noyau. Donc une orbitale correspond à une zone où un électron à 95% (par convention) de chance de s'y trouver.
Il existe 5 types d'orbitales différents: s, p, d, f, g, h et i. Il existe une orbitale de type s, trois orbitales de type p, cinq de type d, et à chaque fois deux de plus pour chaque type.
L'orbitale s est de forme sphérique avec le noyau au centre, les trois orbitales p ont, quant à elles, une forme bilobée, avec le noyaux entre les deux lobes, il existe trois orbitales parce que pour les orbitales bilobées il existe trois orientations différentes.
Prenons l'exemple du carbone qui possède 6 protons donc 6 électrons qui sont répartis pour contrebalancer les protons, mais il ne sont pas tous à la même distance, au même endroit et au même moment. Les électrons les plus proches possèdent moins d'énergie que ceux plus éloignés.
Pour remplir les orbitales, les électrons obéissent à trois règles: ils remplissent les orbitales en ordre croissant (de l'orbitale le plus près à l'orbitale le plus loin), il ne peut y avoir que deux électrons par orbitale, il n'y a pas sur une orbitale d'électrons qui tourne dans le même sens autour du noyau. Pour le carbone, les électrons se situent dans l'orbitale 1s (2 électrons), 2s (2 électrons) et 2p (2 électrons) avec une orbitale vide, 2+2+2=6, on a donc bien 6 électrons. Le carbone possède des électrons dits "célibataire"s ainsi que des électrons "pairés", "appariés" ou "doublets" avec un autre électron. Ce carbone s’appelle le carbone fondamental, mais il existe sous forme excité, symbolisé par C*, dans la nature, en effet, dans le cas du carbone, l'orbitale 1s possède 2 électrons, l'orbitale 2s ne possède plus qu'un électron, et 3 électrons dans l'orbitale 2p. Les électrons dans les orbitales 2s et 2p sont célibataires.
Électrons de valence
Les électrons de valence correspondent aux électrons situés sur la dernière orbitale, ce sont eux qui vont interagir avec d'autres atomes. Les autres électrons sont appelés électrons de cœur. Il y a toujours moins d'électron de valence que d'électron de coeur, sauf dans les éléments les plus légers comme le carbone. Dans le cas du carbone fondamental, il y a 4 électrons de valence contre 2 électrons de cœur.
On peut facilement trouver le nombre d'électron de valence d'un atome en regardant le groupe auquel il appartient (groupe 1= 1 électron de valence...), le carbone appartient au groupe 4, (donc il possède bien 4 électrons de valence).
Formule de Lewis
Cas de la molécule neutre
Dans la formule de Lewis on représente chaque atome avec ses électrons de valence, on doit utiliser un symbole différent. Pour le méthane (CH4), on a donc le carbone avec ses quatre électrons de valence et les quatre hydrogènes avec chacun un électron de valence.
En chimie organique, du fait que les molécules peuvent comporter un grand nombre d'atome, on utilise rarement la formule de Lewis, on préférera utiliser la formule de Lewis simplifiée. En formule simplifiée, on représente chacune des liaisons, qui sont représentées en formule classique par deux symboles différents, en simplifié ne sont représentent que par un trait.
Dans le cas de l'ammoniac (NH3), l'azote possède 5 électrons de valence, et chaque hydrogène possède 3 électrons de valence. Il y a donc deux électrons de valence non liés qui forme un doublet. En Lewis simplifié, on ne simplifie pas le doublet d'électron.
Cas de la molécule chargée
Si un atome perd un électron de valence ou possède trop de liaison, il est alors chargé positivement (plus de protons que d'électrons), on appelle cela un cation. Dans la formule de Lewis, on représente l'électron perdu par un +
Si un atome gagne un électron de valence, il est alors chargé négativement (plus d'électrons que de protons), on appelle cela un anion. Dans la formule de Lewis, on représente l'électron gagné par un -.
Voir aussi
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