Configuration électronique et électrons de Valence

[invite875e4ec5]

Bonjour, j'aurais deux questions portant sur l'écriture d'une configuration électronique et le dénombrement des électrons de Valence :

Pour ce qui est de la configuration électronique, je pensais qu'il fallait l'écrire selon l'ordre d'apparition des sous-couches (ex : 3d avant 4s) donc la configuration électronique du sélénium par exemple devrait s'écrire :
[Ar] 4s2 3d10 4p4
Or sur Wikipedia (entre autre) je retrouve les écritures suivantes :
[Ar] 3d10 4s2 4p4 et même
[Ar] 3d10 4p4 4s2....
Alors, est qu'on écrit la configuration électronique selon le nombre quantique primaire ou s'agit-il d'une erreur ? D'abord les sous-couches pour n = 1, puis les sous-couches de la seconde couche n = 2, puis n = 3 etc ?

Je suis un peu perdu, même si je sais qu'au final ça ne change rien fondamentalement, mais quand même...



Ensuite, ma question porte sur le nombre d'électrons de Valence de certains atomes :
Ex : le nickel [Ar] 3d8 4s2
En prenant en compte la dernière sous-couche non saturée on a bien 10 électrons de Valence, et logiquement le cuivre n'a qu'un électron de Valence ?

Autre ex : l'uranium [Rn] 5f3 6d1 7s2
L'uranium a-t- il 3 ou 6 électrons de Valence ?

Autre ex : l'ytterbium [Xe] 4f14 6s2
L'ytterbium a 2 ou 16 électrons de Valence ?

Dernier ex : le palladium [Kr] 4d10 5s0
Logiquement, le palladium a 10 électrons de Valence ? Mais alors sa couche de Valence est inexistante ?

J'aimerais bien des explications claires et complètes, s'il vous plait.
Merci d'avance pour vos réponses !
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[Sethy]

Pour la première question, l'ordre de remplissage dans les trois cas est le bon et c'est ça qui est important. Les différences ne portent que sur la manière de les représenter les couches, ce qui importe peu.

Pour la seconde question, c'est plus complexe. Les valences des métaux de transition ne peuvent pas se déduire aussi simplement que celle des autres éléments. Il faut regarder la structure de l'ion formé. On remarque par exemple qu'une couche à moitié remplie (par exemple d5) est plus stable que des couches proches (d4 ou d6 par exemple). Mais attention, on parle bien d'ions.

La valence du Nickel est bien de 2, ce qui donne une structure 3d8 4s0, et il existe des composés du Cuivre(I) : CuCl, CuCN.

Il y a un élément clé à ne pas perdre de vue, c'est que l'énergie d'une couche (c'est une approximation, mais ça donne quand même une idée de ce qui se passe) est en :



Autrement dit, pour l'Uranium que tu cites, les couches n=5 ont une énergie en 1/25 E1, n=6, 1/36 E1 et n=7, 1/49 E1. Même si le E1 dans l'Uranium est bien plus élevé (en valeur absolue) que celui de l'Hydrogène, les différences d'Energie entre niveau diminue fortement quand n augmente. Les valences des éléments des lanthanides et des actinides sont encore moins facilement prédictibles que celles de éléments de transitions. Ceci dit il existe des dérivés d'Uranium ayant les valence de 3, 4, 5 et 6 sont connus.

Si on s'intéresse, dans une même couche, aux différences d'énergie entre les orbitales s, p, d et f, on remarque celui-ci est très faible.

[mach3]

La valence du Nickel est bien de 2, ce qui donne une structure 3d8 4s0, et il existe des composés du Cuivre(I) : CuCl, CuCN.

histoire de montrer le niveau d'imprédictibilité sur les métaux de transition, il existe des hexafluoronickelates (IV) et des hexafluorocuprates (IV). Le degré d'oxydation est de 4 et le nombre de liaison est de 6... si quelqu'un arrive à prédire des structures pareilles sans faire des calculs de chimie quantique sur ordinateur je lui tire mon chapeau...

Ce qu'il faut savoir en gros c'est que autour d'un métal de transition il y a de la place pour, au maximum, neuf doublets (impliqués ou non dans des liaisons), et donc, en supposant les couches (n-1)d, ns et np complétement vides (état oxydé amenant à la configuration du gaz rare immédiatement précédent), au maximum 9 liaisons. Le reste ne se devine pas, il s'expérimente (ou se simule mais je ne sais guère si on en est arrivé là en chimie quantique)

m@ch3

[moco]

Je me demande si Mulhouse est en mesure de saisir l'argumentation brillante de mach3, qui est tout à fait valable, bien sûr,mais dont le niveau est assez élevé.
Mais bon, Mulhouse a peut-être de la peine avec la chimie quantique. C'est pour cela que j'aimerais résumer le tout à son intention.
Il me semble que, en résumé, on peut simplement dire que le nombre d'électrons de valence se calcule facilement pour les éléments situés dans les grandes colonnes, où c'est le numéro de la colonne, ou huit - moins le numéro de la colonne. Mais pour les atomes de transition, donc dans les 10 petites colonnes du centre du tableau, il n'existe pas de règle simple permettant de calculer le nombre d'électrons de valence.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite875e4ec5]

D'accord, merci pour vos réponses !

[invite875e4ec5]

Mais existe-t-il un outil (tableau, liste etc) qui nous dit combien les métaux de transition, actinides et lanthanides ont d'électrons de Valence d'après les expériences? Puisque qu'il n'existe aucune règle simple pour déterminer combien il en ont.

[moco]

La configuration électronique d'un atome s'écrit toujours en indiquant d'abord la formule du gaz rare le plus proche (ex. [Ar], ou [Kr]), et en faisant suivre des électrons supplémentaires. Si tu fais la somme de tous ces électrons supplémentaires, tu obtiens le nombre maximum d'électrons de valence que cet atome peut avoir. Mais ce n'est que le nombre maximum. Il se pourrait fort bien qu'il ne soit jamais atteint. Selon les expériences faites, et la nature des atomes liés, le nombre d'électrons de valence faut varier de 0 à cette valeur maximum. Il n'y a hélas pas de règle générale.

[Sethy]

Mais existe-t-il un outil (tableau, liste etc) qui nous dit combien les métaux de transition, actinides et lanthanides ont d'électrons de Valence d'après les expériences? Puisque qu'il n'existe aucune règle simple pour déterminer combien il en ont.

Sur certains tableaux de Mendeleev très détaillé, tu as cette information. En général, est alors associé aux différents étages d'oxydation une couleur qui caractérise l'oxyde correspondant, à savoir s'il est acide, amphotère ou basique.

Bien sûr, cela reste général et il n'est pas garanti que tous les étages d'oxydation rencontré dans la nature et synthétisables soient présents.

[Sethy]

En Sciences, il faut toujours se méfier des absolus. C'est comme en mathématique. Quand on apprend la division par exemple, au tout début, 3/2 n'a pas de sens car il n'existe pas d'entier tel que N * 2 = 3. Ensuite on étend aux nombres rationnels mais la division par zéro est soi-disant impossible. Et puis on étudie les indéterminations et la division par zéro devient un sujet très intéressant.

Mais est-il possible d'expliquer la règle de L'hospital à un enfant de 8-9 ans qui apprend la division ? La réponse est non.

Ici avec les valences, c'est la même chose. Il y a une règle, qui n'est pas fausse, mais qui fonctionne dans certains cas. Le lien que je donne présente les valences les plus communes et on peut y voir que quasiment l'ensemble des lanthanides a une valence de 3, ce qui montre la limite de la règle.

Pour paraphraser un film très célèbre : "mais ce qui va te mettre le ravioli en ébullition" c'est de savoir que sur ce tableau, il n'est pas fait mention ni du diflurorure de Xenon, XeF2, ni du trioxyde de Xenon, etc. Bien que Pauling l'avait (selon wiki) prédit en 1933, c'est seulement 30 ans plus tard que les premiers composés ont été synthétisé.

Comme je l'écrivais, il faut se méfier des absolus, même si la règle de l'octet, très simple à appréhender, explique très très bien une grande partie de la chimie et est utilisée tous les jours. Tout comme, même si on connait la règle de l'Hospital, diviser 3 par 2 se fait sans avoir besoin d'en appeler aux dérivées !

Voici un lien : http://www.econologie.com/photo/Tabl...mendeleiev.jpg

[mach3]

pas du tout complet ce tableau, il manque la moitié des degrés d'oxydation du carbone et il n'y a pas le degré 8 de l'osmium alors que le tétroxyde d'osmium est tout de même bien connu... mais bon c'est mieux que rien.

m@ch3

[Sethy]

Je me cite :

En Sciences, il faut toujours se méfier des absolus.

Ici avec les valences, c'est la même chose. Il y a une règle, qui n'est pas fausse, mais qui fonctionne dans certains cas. Le lien que je donne présente les valences les plus communes.