Le cortège électronique et le tableau périodique

1. a)Oxygène : 1s (2), 2s (2), il en reste 4 pour 2p : 1s² 2s² 2p⁴. Sodium : 1s, 2s, 2p pleines (10), le onzième en 3s : 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹. Vérification : 2 + 2 + 4 = 8 et 2 + 2 + 6 + 1 = 11. (1)
2. b)Oxygène : couche de valence n = 2, 2s² 2p⁴, soit 6 électrons de valence. Sodium : couche de valence n = 3, 3s¹, soit 1 électron de valence. (1)
3. c)Le nombre d’électrons (11) est juste, mais 3s est occupée alors que 2p n’a que 5 électrons sur 6 : à l’état fondamental, une sous-couche est pleine avant que la suivante commence. Il faut 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹. (1)
4. d)Électrons de cœur : 1s² 2s² 2p⁶, soit 10. C’est son unique électron de valence, 3s¹, qui intervient dans ses réactions. (1)

Erreur fréquente — Ne compter que la dernière sous-couche (2p⁴ → 4) au lieu de toute la couche de valence (2s² 2p⁴ → 6).

1. a)X : plus grand n = 3, période 3 ; 3s² 3p² : 4 électrons de valence, bloc p, colonne 4 + 10 = 14. Y : plus grand n = 2, période 2 ; 2s¹ : 1 électron de valence, colonne 1. (1)
2. b)X : dernière sous-couche remplie 3p, bloc p. Y : dernière sous-couche 2s, bloc s. (1)
3. c)Période 2 : couche de valence n = 2 ; colonne 15 : 15 − 10 = 5 électrons de valence, 2s² 2p³. Avec 1s² : 1s² 2s² 2p³, soit : couches et sous-couches 1s, 2s, 2p, 3s, 3p ; configuration électronique d’un atome à l’état fondamental (Z ≤ 18) ; électrons de valence ; position dans le tableau périodique : période, colonne, blocs s et p ; électrons de valence à partir de la position ; familles chimiques et propriétés communes ; famille des gaz nobles. (1)
4. d)Sa couche de valence, n = 1, ne contient que la sous-couche 1s : avec 2 électrons, elle est pleine, comme celle des gaz nobles. Il ne réagit pratiquement pas : il est placé en colonne 18. (1)

Erreur fréquente — Placer X en colonne 4 en oubliant d’ajouter 10 dans le bloc p, ou prendre le nombre total d’électrons pour le numéro de colonne.

1. a)L’élève n’a compté que 2p². La couche de valence n = 2 porte 2s² 2p² : 2 + 2 = 4 électrons de valence. (1)
2. b)Dans les colonnes 13 à 18, électrons de valence = colonne − 10 : un élément de la colonne 13 a 3 électrons de valence. (1)
3. c)Ce sont les éléments d’une même colonne qui ont des propriétés communes : même nombre d’électrons de valence. Le sodium (1 électron de valence, alcalin) et le chlore (7, halogène) ont seulement la même couche de valence, n = 3 ; leurs propriétés sont très différentes. (1)
4. d)Les colonnes 3 à 12 ne sont occupées qu’à partir de la période 4. Après le béryllium (2s²), le bore (1s² 2s² 2p¹) a 3 électrons de valence, bloc p : il est en colonne 13. (1)

Point de méthode — Pour corriger une affirmation, je cite la règle du cours (toute la couche de valence, colonne − 10 dans le bloc p, famille = colonne), puis j’écris la valeur juste.

1. a)1s² 2s² 2p⁶ 3s² (12 électrons). Plus grand n = 3 : période 3 ; 2 électrons de valence (3s²) dans une sous-couche s : colonne 2. (1)
2. b)Période 2 : couche de valence n = 2 ; colonne 2 : 2 électrons de valence, 2s². Avec 1s² : 1s² 2s², Z = 4. (1)
3. c)Colonne 2 : 2 électrons de valence ; période 4 : sur la couche n = 4. (1)
4. d)Les trois éléments sont dans la même colonne : même nombre d’électrons de valence, donc même famille (alcalino-terreux) et propriétés communes. Par analogie avec MgO : BeO et CaO. (1)

Erreur fréquente — Écrire 1s² 2s² 2p² pour le béryllium en confondant le numéro de colonne avec le nombre d’électrons de 2p, ou oublier la sous-couche 1s.

1. a)La période 1 correspond au remplissage de 1s, qui contient au plus 2 électrons : 2 éléments (H, He). La période 2 correspond au remplissage de 2s puis 2p : 2 + 6 = 8 éléments, du lithium au néon. (1)
2. b)Néon : 1s² 2s² 2p⁶ (2 + 2 + 6 = 10). Sa couche de valence, n = 2, porte 2s² 2p⁶ : 8 électrons, elle est pleine, comme celle des gaz nobles autres que l’hélium (pleine avec 2 électrons). (1)
3. c)Colonne 18 : 18 − 10 = 8 électrons de valence, sur la couche n = 6. Couche de valence pleine : famille des gaz nobles. (1)
4. d)Les gaz nobles ne réagissent pratiquement pas : l’argon ne réagit ni avec le verre ni avec les joints, il reste tel quel entre les vitres. (On le choisit aussi parce qu’il conduit moins bien la chaleur que l’air.) (1)

Point de méthode — Un gaz noble se reconnaît à sa couche de valence pleine (2 pour l’hélium, 8 pour les autres), pas au fait que sa dernière sous-couche soit pleine.