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title: "Les couches électroniques et le tableau périodique"
book: "La chimie à l’école — Années 1 à 12"
subject: chemistry
language: fr
chapter: 23
exercises: 15
source: https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/23-les-couches-electroniques-et-le-tableau-periodique
license: CC-BY-NC-SA-4.0
credit: "One Chemistry Book, One Course (one-course.com)"
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# Chapitre 23 — Les couches électroniques et le tableau périodique

Le néon brille d’un rouge orangé dans une enseigne ; le sodium, un [métal](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-metal) mou, s’enflamme dans l’eau ; le dichlore est un gaz jaune-vert suffocant. Pourtant, leurs [atomes](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/11-atomes-et-molecules#def-g7-atoms-and-molecules-atom) ne diffèrent que d’un ou deux [protons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-proton) : le néon en a 10, le sodium 11, le chlore 17. Pourquoi des voisins du [tableau périodique](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-periodic-table) se comportent-ils si différemment, alors que le sodium et le potassium, éloignés par leur [numéro atomique](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-atomic-number), se ressemblent tant ? La réponse tient à la façon dont les [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) d’un [atome](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/11-atomes-et-molecules#def-g7-atoms-and-molecules-atom) sont disposés.

**Rappel.**

Un [atome](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/11-atomes-et-molecules#def-g7-atoms-and-molecules-atom) possède $Z$ [protons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-proton) dans son [noyau](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) et, s’il est neutre, $Z$ [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) autour ([Chapitre 16](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#ch-g9-inside-the-atom)). Le [tableau périodique](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-periodic-table) range les éléments par $Z$ en [périodes](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-period) (lignes) et en groupes (colonnes) ; les éléments d’un même groupe se comportent de façon semblable ([Chapitre 20](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#ch-g9-periodic-table-first-look)). Les [atomes](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/11-atomes-et-molecules#def-g7-atoms-and-molecules-atom) gagnent ou perdent des [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) pour devenir des [ions](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#def-g9-ions-ion) ([Chapitre 17](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#ch-g9-ions)).

## 23.1 La configuration électronique

**Définition 23.1 (Couches, sous-couches et configuration électronique).**

Les [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) d’un [atome](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/11-atomes-et-molecules#def-g7-atoms-and-molecules-atom) se répartissent en *couches*, numérotées $n = 1, 2, 3, \ldots$ du [noyau](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) vers l’extérieur ; plus $n$ est grand, plus les [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) sont éloignés du [noyau](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) et moins ils sont fortement retenus. Chaque couche est divisée en *sous-couches* désignées par une lettre : la couche 1 a une sous-couche s (1s), la couche 2 une sous-couche s et une sous-couche p (2s, 2p), la couche 3 a 3s et 3p (et 3d, rencontrée plus tard). Une sous-couche s contient au plus 2 [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus), une sous-couche p au plus 6. La *configuration électronique* d’un [atome](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/11-atomes-et-molecules#def-g7-atoms-and-molecules-atom) énumère ses sous-couches occupées avec leur nombre d’[électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) en exposant : $1\mathrm{s}^2\,2\mathrm{s}^2\,2\mathrm{p}^4$ pour l’oxygène.

**Méthode 23.2 (Écrire une configuration électronique, jusqu’à Z=20Z = 20Z=20).**

1. Compter les [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) : $Z$ pour un [atome](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/11-atomes-et-molecules#def-g7-atoms-and-molecules-atom) neutre.
2. Remplir les [sous-couches](#def-g10-electron-shells-configuration) dans cet ordre, chacune jusqu’à son maximum avant de commencer la suivante : $$1\mathrm{s} \to 2\mathrm{s} \to 2\mathrm{p} \to 3\mathrm{s} \to  3\mathrm{p} \to 4\mathrm{s}.$$
3. Vérifier que la somme des exposants est égale au nombre d’ [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) .

Sodium, $Z = 11$ : $1\mathrm{s}^2\,2\mathrm{s}^2\,2\mathrm{p}^6\,3\mathrm{s}^1$. Chlore, $Z = 17$ : $1\mathrm{s}^2\,2\mathrm{s}^2\,2\mathrm{p}^6\,3\mathrm{s}^2\,3\mathrm{p}^5$. Calcium, $Z = 20$ : $1\mathrm{s}^2\,2\mathrm{s}^2\,2\mathrm{p}^6\,3\mathrm{s}^2\,3\mathrm{p}^6\,4\mathrm{s}^2$.

![L’ordre de remplissage, jusqu’à Z = 20. Chaque petite case est une place pour un électron : une sous-couche s a 2 places, une sous-couche p en a 6.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g10-electron-shells/fig-0c2676ef1b6b.svg)

*L’ordre de remplissage, jusqu’à $Z = 20$. Chaque petite case est une place pour un [électron](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) : une [sous-couche](#def-g10-electron-shells-configuration) s a 2 places, une [sous-couche](#def-g10-electron-shells-configuration) p en a 6.*

## 23.2 Les électrons de valence

**Définition 23.3 (Électrons de valence et de cœur).**

Les [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) de la [couche](#def-g10-electron-shells-configuration) occupée la plus externe (celle dont $n$ est le plus grand) sont les *électrons de valence* ; les autres sont les *électrons de cœur*. Seuls les [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) de valence participent aux [réactions chimiques](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/12-les-reactions-chimiques-reactifs-et-produits#def-g7-chemical-reactions-reaction).

**Exemple 23.4 (Compter les électrons de valence).**

Oxygène, $1\mathrm{s}^2\,2\mathrm{s}^2\,2\mathrm{p}^4$ : [couche](#def-g10-electron-shells-configuration) externe $n =
2$, $2 + 4 = 6$ [électrons de valence](#def-g10-electron-shells-valence). Sodium, $\ldots 3\mathrm{s}^1$ : 1 [électron de valence](#def-g10-electron-shells-valence). Chlore, $\ldots 3\mathrm{s}^2\,3\mathrm{p}^5$ : 7. Néon, $1\mathrm{s}^2\,2\mathrm{s}^2\,2\mathrm{p}^6$ : 8, une [couche](#def-g10-electron-shells-configuration) complète.

## 23.3 Le tableau reconstruit à partir des configurations

**Proposition 23.5 (Période et groupe d’après la configuration).**

Pour les éléments jusqu’à $Z = 20$ :

- la [période](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-period) d’un élément est le numéro $n$ de sa [couche](#def-g10-electron-shells-configuration) externe ;
- les éléments d’un même groupe ont le même nombre d’ [électrons de valence](#def-g10-electron-shells-valence) — un dans le [groupe](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-period) 1, deux dans le [groupe](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-period) 2, de trois à huit dans les [groupes](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-period) 13 à 18 (l’hélium, avec 2, fait exception).

Les deux colonnes de gauche, où les derniers [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) entrent dans une [sous-couche](#def-g10-electron-shells-configuration) s, forment le bloc s ; les [groupes](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-period) 13 à 18 forment le bloc p.

![Les vingt premiers éléments, avec le nombre d’électrons de chaque couche sous le symbole (2.8.1 pour le sodium : 2 dans la couche 1, 8 dans la couche 2, 1 dans la couche 3). Les couleurs repèrent les blocs s et p.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g10-electron-shells/fig-5f0216c4d5e5.svg)

*Les vingt premiers éléments, avec le nombre d’[électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) de chaque [couche](#def-g10-electron-shells-configuration) sous le symbole ($2.8.1$ pour le sodium : 2 dans la [couche](#def-g10-electron-shells-configuration) 1, 8 dans la [couche](#def-g10-electron-shells-configuration) 2, 1 dans la [couche](#def-g10-electron-shells-configuration) 3). Les couleurs repèrent les blocs s et p.*

## 23.4 Les familles

**Définition 23.6 (Familles chimiques).**

Une *famille chimique* est un groupe du [tableau périodique](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-periodic-table) dont les éléments partagent leurs principales propriétés chimiques. Trois familles ont un nom : les *métaux alcalins* ([groupe](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-period) 1 sauf l’hydrogène : lithium, sodium, potassium…), des métaux mous qui réagissent vivement avec l’eau ; les *halogènes* ([groupe](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-period) 17 : fluor, chlore, brome, iode), des non-métaux colorés et [réactifs](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/12-les-reactions-chimiques-reactifs-et-produits#def-g7-chemical-reactions-reactant) ; et les *gaz nobles* ([groupe](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-period) 18 : hélium, néon, argon…), qui ne réagissent presque avec rien.

**Proposition 23.7 (Pourquoi une famille se comporte de façon homogène).**

Les éléments d’une famille ont le même nombre d’[électrons de valence](#def-g10-electron-shells-valence), et la chimie est l’affaire des [électrons de valence](#def-g10-electron-shells-valence) : le lithium, le sodium et le potassium en ont tous un, les [halogènes](#def-g10-electron-shells-family) sept, les [gaz nobles](#def-g10-electron-shells-family) une [couche](#def-g10-electron-shells-configuration) externe complète.

![Les familles du tableau périodique : métaux alcalins, métaux alcalino-terreux (groupe 2), halogènes et gaz nobles.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g10-electron-shells/fig-36288aba7521.svg)

*Les familles du [tableau périodique](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-periodic-table) : [métaux alcalins](#def-g10-electron-shells-family), métaux alcalino-terreux ([groupe](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-period) 2), [halogènes](#def-g10-electron-shells-family) et [gaz nobles](#def-g10-electron-shells-family).*

![](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g10-electron-shells/img-028868107598.jpg)

![](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g10-electron-shells/img-496d12f1f4f0.jpg)

*Le sodium, un [métal alcalin](#def-g10-electron-shells-family), coupé au couteau : mou et argenté quand il est frais, il se ternit aussitôt à l’[air](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/4-lair-un-melange-de-gaz#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air). Photo : Dnn87, CC BY-SA 3.0.*

*Le dichlore, un [halogène](#def-g10-electron-shells-family) : un gaz jaune-vert, ici scellé dans une ampoule de verre. Photo : W. Oelen, CC BY-SA 3.0.*

**Au laboratoire — Le sodium dans l’eau.**

Derrière un écran, l’enseignant laisse tomber un morceau de sodium de la taille d’un grain de riz dans une grande cuvette d’eau. Il flotte, fond en une bille brillante et file en tous sens en pétillant, jusqu’à disparaître ; le gaz dégagé est du dihydrogène, et l’eau restante est basique.

**Sécurité.**

![](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g10-electron-shells/fig-f133bcfe28d0.svg)

![](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g10-electron-shells/fig-2ebfb929f83d.svg)

![](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g10-electron-shells/fig-16febdb222da.svg)

![](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g10-electron-shells/fig-11944cae5055.svg)

Le sodium libère du dihydrogène inflammable au contact de l’eau (GHS02) et provoque de graves brûlures (GHS05). Le dichlore est un gaz comburant (GHS03), toxique par inhalation (GHS06), également irritant et très toxique pour les organismes aquatiques. Seul l’enseignant manipule l’un et l’autre.

## 23.5 Ions stables et règle des gaz nobles

**Définition 23.8 (Règles du duet et de l’octet).**

Les [gaz nobles](#def-g10-electron-shells-family), dont la [couche](#def-g10-electron-shells-configuration) externe est complète, ne réagissent presque pas : leur configuration est particulièrement stable. Quand les [atomes](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/11-atomes-et-molecules#def-g7-atoms-and-molecules-atom) des premiers éléments forment des [ions](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#def-g9-ions-ion), ils gagnent ou perdent des [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) de façon à acquérir la configuration du [gaz noble](#def-g10-electron-shells-family) le plus proche : deux [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) dans la [couche](#def-g10-electron-shells-configuration) 1, comme l’hélium, pour les [atomes](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/11-atomes-et-molecules#def-g7-atoms-and-molecules-atom) les plus légers — c’est la *règle du duet* —, et huit [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) sur la [couche](#def-g10-electron-shells-configuration) externe, comme le néon ou l’argon, pour les autres — c’est la *règle de l’octet*.

**Exemple 23.9 (Les ions prévus par la règle).**

Le sodium, $2.8.1$, perd son unique [électron de valence](#def-g10-electron-shells-valence) : $\ce{Na+}$, $2.8$, comme le néon. Le magnésium, $2.8.2$, en perd deux : $\ce{Mg^{2+}}$. L’aluminium, $2.8.3$, en perd trois : $\ce{Al^{3+}}$. Le chlore, $2.8.7$, en gagne un : $\ce{Cl-}$, $2.8.8$, comme l’argon. L’oxygène, $2.6$, en gagne deux : $\ce{O^{2-}}$. Le soufre, $2.8.6$ : $\ce{S^{2-}}$. Le lithium, $2.1$, en perd un et garde $2$, comme l’hélium : $\ce{Li+}$.

![L’ion sodium a la configuration du néon, le gaz noble le plus proche.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g10-electron-shells/fig-29633f3f73c2.svg)

*L’[ion](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#def-g9-ions-ion) sodium a la configuration du néon, le [gaz noble](#def-g10-electron-shells-family) le plus proche.*

**Remarque 23.10 (Les limites de la règle).**

La règle fonctionne bien pour les vingt premiers éléments et leurs [ions](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#def-g9-ions-ion) simples. Beaucoup d’éléments, comme le fer ($\ce{Fe^{2+}}$ et $\ce{Fe^{3+}}$), ne la suivent pas ; les raisons, et une meilleure description des [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus), sont données dans le volume de première année d’université.

## 23.6 Exercices

**Exercice 23.1 ★.**

Écrire les [configurations électroniques](#def-g10-electron-shells-configuration) du carbone ($Z = 6$), de l’azote ($Z = 7$) et du magnésium ($Z = 12$).

**Solution de Exercice 23.1.**

C : $1\mathrm{s}^2\,2\mathrm{s}^2\,2\mathrm{p}^2$. N : $1\mathrm{s}^2\,2\mathrm{s}^2\,2\mathrm{p}^3$. Mg : $1\mathrm{s}^2\,2\mathrm{s}^2\,2\mathrm{p}^6\,3\mathrm{s}^2$.

**Exercice 23.2 ★.**

Combien d’[électrons de valence](#def-g10-electron-shells-valence) le carbone, l’azote et le magnésium possèdent-ils ?

**Solution de Exercice 23.2.**

Carbone 4, azote 5, magnésium 2.

**Exercice 23.3 ★.**

Dans quelle [période](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-period) et dans quel groupe se trouve l’élément de configuration $1\mathrm{s}^2\,2\mathrm{s}^2\,2\mathrm{p}^6\,3\mathrm{s}^2\,3\mathrm{p}^3$ ?

**Solution de Exercice 23.3.**

[Couche](#def-g10-electron-shells-configuration) externe $n = 3$ : [période](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-period) 3. $2 + 3 = 5$ [électrons de valence](#def-g10-electron-shells-valence) : [groupe](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-period) 15 (le phosphore).

**Exercice 23.4 ★.**

Nommer les trois familles de ce chapitre et donner deux éléments de chacune.

**Solution de Exercice 23.4.**

Les [métaux alcalins](#def-g10-electron-shells-family) (lithium, sodium, potassium) ; les [halogènes](#def-g10-electron-shells-family) (fluor, chlore, brome, iode) ; les [gaz nobles](#def-g10-electron-shells-family) (hélium, néon, argon).

**Exercice 23.5 ★.**

Énoncer la [règle de l’octet](#def-g10-electron-shells-octet).

**Solution de Exercice 23.5.**

Les [atomes](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/11-atomes-et-molecules#def-g7-atoms-and-molecules-atom) tendent à gagner ou à perdre des [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) de façon à avoir huit [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) sur leur [couche](#def-g10-electron-shells-configuration) externe, comme le [gaz noble](#def-g10-electron-shells-family) le plus proche.

**Exercice 23.6 ★★.**

À l’aide de la règle des [gaz nobles](#def-g10-electron-shells-family), donner l’[ion](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#def-g9-ions-ion) formé par le potassium ($Z = 19$) et par le fluor ($Z = 9$), avec leurs configurations.

**Solution de Exercice 23.6.**

K, $2.8.8.1$, en perd un : $\ce{K+}$, $1\mathrm{s}^2\,2\mathrm{s}^2\,2\mathrm{p}^6\,3\mathrm{s}^2\,3\mathrm{p}^6$ (argon). F, $2.7$, en gagne un : $\ce{F-}$, $1\mathrm{s}^2\,2\mathrm{s}^2\,2\mathrm{p}^6$ (néon).

**Exercice 23.7 ★★.**

Un élément a 2 [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) dans sa troisième [couche](#def-g10-electron-shells-configuration), qui est sa [couche](#def-g10-electron-shells-configuration) externe. Donner sa configuration, son [numéro atomique](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-atomic-number) et son nom.

**Solution de Exercice 23.7.**

$1\mathrm{s}^2\,2\mathrm{s}^2\,2\mathrm{p}^6\,3\mathrm{s}^2$ : $Z = 12$, le magnésium.

**Exercice 23.8 ★★.**

À l’aide des [ions](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#def-g9-ions-ion) stables, écrire la formule du [composé ionique](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#def-g9-ions-ionic-compound) formé par le magnésium et le chlore, puis par l’aluminium et l’oxygène.

**Solution de Exercice 23.8.**

$\ce{Mg^{2+}}$ et $\ce{Cl-}$ : $\ce{MgCl2}$. $\ce{Al^{3+}}$ et $\ce{O^{2-}}$ : $\ce{Al2O3}$.

**Exercice 23.9 ★★.**

Observer le tableau des vingt premiers éléments. Quels éléments ont le même nombre d’[électrons de valence](#def-g10-electron-shells-valence) que l’oxygène ?

**Solution de Exercice 23.9.**

Le soufre (6 [électrons de valence](#def-g10-electron-shells-valence), $2.8.6$), dans le même groupe, le 16.

**Exercice 23.10 ★★.**

Expliquer pourquoi le néon, contrairement au sodium et au chlore, ne forme pas d’[ions](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#def-g9-ions-ion) au cours des [réactions chimiques](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/12-les-reactions-chimiques-reactifs-et-produits#def-g7-chemical-reactions-reaction).

**Solution de Exercice 23.10.**

Sa [couche](#def-g10-electron-shells-configuration) externe est déjà complète (huit [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus)) : il n’a rien à gagner à perdre ou à gagner des [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus).

**Exercice 23.11 ★★.**

L’[ion](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#def-g9-ions-ion) $\ce{X^{2+}}$ a la configuration de l’argon. Identifier $X$.

**Solution de Exercice 23.11.**

L’argon a 18 [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) ; $\ce{X^{2+}}$ en a perdu 2, donc X en a 20 : c’est le calcium.

**Exercice 23.12 ★★★.**

L’hélium a 2 [électrons de valence](#def-g10-electron-shells-valence), mais il est placé dans le [groupe](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-period) 18, et non dans le [groupe](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-period) 2. Expliquer à l’aide de sa configuration.

**Solution de Exercice 23.12.**

L’hélium, $1\mathrm{s}^2$, a une [couche](#def-g10-electron-shells-configuration) externe complète (la [couche](#def-g10-electron-shells-configuration) 1 ne contient que deux [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus)), comme les autres [gaz nobles](#def-g10-electron-shells-family) ; il ne se comporte pas comme les métaux du [groupe](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-period) 2.

**Exercice 23.13 ★★★.**

Le potassium réagit avec l’eau encore plus violemment que le sodium. À l’aide de la distance entre l’[électron de valence](#def-g10-electron-shells-valence) et le [noyau](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus), proposer une explication.

**Solution de Exercice 23.13.**

Son [électron de valence](#def-g10-electron-shells-valence) est dans la [couche](#def-g10-electron-shells-configuration) 4, plus loin du [noyau](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) que celui du sodium, dans la [couche](#def-g10-electron-shells-configuration) 3 : moins retenu, il est perdu plus facilement.

**Exercice 23.14 ★★★.**

Donner les configurations de $\ce{S^{2-}}$, $\ce{Cl-}$, $\ce{K+}$ et $\ce{Ca^{2+}}$. Qu’ont-elles en commun ?

**Solution de Exercice 23.14.**

Les quatre ont 18 [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) et la configuration de l’argon :

$$
1\mathrm{s}^2\,2\mathrm{s}^2\,2\mathrm{p}^6\,3\mathrm{s}^2\,3\mathrm{p}^6.
$$

**Exercice 23.15 ★★★.**

Un élément de la [période](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-period) 3 forme l’[ion](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#def-g9-ions-ion) $\ce{Y^{3-}}$. Déterminer son groupe, sa configuration et son nom.

**Solution de Exercice 23.15.**

Il gagne 3 [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) pour atteindre un octet : il a 5 [électrons de valence](#def-g10-electron-shells-valence), [groupe](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-period) 15. Dans la [période](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-period) 3, c’est le phosphore :

$$
1\mathrm{s}^2\,2\mathrm{s}^2\,2\mathrm{p}^6\,3\mathrm{s}^2\,3\mathrm{p}^3.
$$

## 23.7 Problème : rubis, saphir et corindon

**Problème 23.1.**

Problème du week-end — les électrons derrière une pierre précieuse : de deux configurations au nombre d’électrons déplacés dans un gramme

Les rubis et les saphirs sont des formes gemmes du corindon, un [composé ionique](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#def-g9-ions-ionic-compound) d’aluminium et d’oxygène ; une trace d’autres métaux leur donne leurs couleurs. Le corindon est assez dur pour rayer presque tout, et le corindon en poudre sert à polir les lentilles. On prendra pour masse d’un [nucléon](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-proton) $1.67 \times 10^{-27}\,\mathrm{kg}$ ; l’aluminium 27 compte 27 [nucléons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-proton), l’oxygène 16 en compte 16.

**Partie I — Les [atomes](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/11-atomes-et-molecules#def-g7-atoms-and-molecules-atom).**

1. Donner les nombres de [protons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-proton) et d’ [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) d’un [atome](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/11-atomes-et-molecules#def-g7-atoms-and-molecules-atom) d’aluminium ( $Z = 13$ ) et d’un [atome](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/11-atomes-et-molecules#def-g7-atoms-and-molecules-atom) d’oxygène ( $Z = 8$ ).
2. Écrire leurs [configurations électroniques](#def-g10-electron-shells-configuration) .
3. Combien d’ [électrons de valence](#def-g10-electron-shells-valence) chacun possède-t-il ? Dans quelle [période](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-period) et dans quel groupe se trouve chacun ?
4. L’aluminium est-il un [métal](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-metal) ou un [non-métal](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-metal) ? Et l’oxygène ?

**Partie II — Les [ions](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#def-g9-ions-ion).**

5. À l’aide de la [règle de l’octet](#def-g10-electron-shells-octet) , déterminer l’ [ion](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#def-g9-ions-ion) que forme l’aluminium. Écrire sa configuration.
6. Quel [ion](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#def-g9-ions-ion) l’oxygène forme-t-il ? Écrire sa configuration.
7. Quel [gaz noble](#def-g10-electron-shells-family) a la même configuration que ces deux [ions](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#def-g9-ions-ion) ?
8. Combien d’ [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) un [atome](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/11-atomes-et-molecules#def-g7-atoms-and-molecules-atom) d’aluminium perd-il, et combien un [atome](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/11-atomes-et-molecules#def-g7-atoms-and-molecules-atom) d’oxygène en gagne-t-il ?

**Partie III — La formule.**

9. Trouver la formule du corindon, le composé neutre formé par ces [ions](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#def-g9-ions-ion) .
10. Dans une unité de formule, combien d’ [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) sont perdus par les [atomes](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/11-atomes-et-molecules#def-g7-atoms-and-molecules-atom) d’aluminium ? Gagnés par les [atomes](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/11-atomes-et-molecules#def-g7-atoms-and-molecules-atom) d’oxygène ?
11. Pourquoi ces deux nombres doivent-ils être égaux ?
12. Un rubis contient une trace d’ [ions](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#def-g9-ions-ion) chrome $\ce{Cr^{3+}}$ à la place de certains [ions](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#def-g9-ions-ion) $\ce{Al^{3+}}$ . Pourquoi un [ion](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#def-g9-ions-ion) $\ce{Cr^{3+}}$ peut-il prendre la place d’un [ion](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#def-g9-ions-ion) $\ce{Al^{3+}}$ sans perturber les charges ?

**Partie IV — Un gramme de corindon.**

13. Combien de [nucléons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-proton) y a-t-il dans une unité de formule de corindon ?
14. Calculer la masse d’une unité de formule ( [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) négligés).
15. Combien d’unités de formule y a-t-il dans $1\,\mathrm{g}$ de corindon ?
16. Combien d’ [ions](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#def-g9-ions-ion) $\ce{Al^{3+}}$ et d’ [ions](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#def-g9-ions-ion) $\ce{O^{2-}}$ cela représente-t-il ?
17. Pourquoi peut-on négliger les [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) à la question 14 ?
18. Combien d’ [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) ont été transférés de l’aluminium à l’oxygène pour former $1\,\mathrm{g}$ de corindon ?

**Solution de Problème 23.1.**

**1.** Aluminium : 13 [protons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-proton), 13 [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus). Oxygène : 8 [protons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-proton), 8 [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus).

**2.** Al : $1\mathrm{s}^2\,2\mathrm{s}^2\,2\mathrm{p}^6\,3\mathrm{s}^2\,3\mathrm{p}^1$. O : $1\mathrm{s}^2\,2\mathrm{s}^2\,2\mathrm{p}^4$.

**3.** Al : 3 [électrons de valence](#def-g10-electron-shells-valence), [période](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-period) 3, [groupe](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-period) 13. O : 6, [période](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-period) 2, [groupe](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-period) 16.

**4.** L’aluminium est un [métal](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-metal), l’oxygène un [non-métal](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/20-le-tableau-periodique-un-premier-regard#def-g9-periodic-table-first-look-metal).

**5.** $\ce{Al^{3+}}$ : $1\mathrm{s}^2\,2\mathrm{s}^2\,2\mathrm{p}^6$.

**6.** $\ce{O^{2-}}$ : $1\mathrm{s}^2\,2\mathrm{s}^2\,2\mathrm{p}^6$.

**7.** Le néon.

**8.** L’aluminium en perd 3, l’oxygène en gagne 2.

**9.** $2 \times (+3) + 3 \times (-2) = 0$ : $\ce{Al2O3}$.

**10.** Perdus : $2 \times 3 = 6$. Gagnés : $3 \times 2 = 6$.

**11.** Les [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) ne sont ni créés ni détruits : ceux que perd l’aluminium sont exactement ceux que gagne l’oxygène, et le composé est neutre.

**12.** Il porte la même charge, $+3$ : les charges du cristal restent équilibrées.

**13.** $2 \times 27 + 3 \times 16 = 102$ [nucléons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-proton).

**14.** $102 \times 1.67 \times 10^{-27} = 1.70 \times 10^{-25}\,\mathrm{kg}$.

**15.** $10^{-3} / 1.70 \times 10^{-25} \approx 5.87 \times 10^{21}$ unités de formule.

**16.** $2 \times 5.87 \times 10^{21} = 1.17 \times 10^{22}$ [ions](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#def-g9-ions-ion) $\ce{Al^{3+}}$ ; $3 \times 5.87 \times 10^{21} = 1.76 \times 10^{22}$ [ions](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/17-les-ions-et-les-solutions-ioniques#def-g9-ions-ion) $\ce{O^{2-}}$.

**17.** Un [électron](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) est environ 1836 fois plus léger qu’un [nucléon](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-proton) ; les 50 [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) d’une unité de formule pèsent moins de trois centièmes d’un [nucléon](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-proton).

**18.** $6 \times 5.87 \times 10^{21} \approx 3.5 \times 10^{22}$ [électrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/fr/chapter/16-a-linterieur-de-latome#def-g9-inside-the-atom-nucleus) transférés pour $1\,\mathrm{g}$ de corindon.