Tableau périodique avec les configurations électroniques

Comment lire une configuration électronique

Chaque partie d’une configuration désigne une sous-couche et le nombre d’électrons qu’elle contient. Dans 1s² 2s² 2p⁶, le premier nombre est la couche (le niveau d’énergie), la lettre est le type de sous-couche et l’exposant est le nombre d’électrons. Une sous-couche s contient jusqu’à 2 électrons, p en contient 6, d en contient 10 et f en contient 14, et les exposants s’additionnent toujours pour donner le numéro atomique.

Écrire chaque sous-couche devient long, aussi ce tableau utilise-t-il la notation abrégée par le gaz noble : le symbole du gaz noble précédent entre crochets représente tous ses électrons. Le soufre, 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴, devient [Ne] 3s² 3p⁴. Les cases sont colorées par bloc et chacune indique la configuration de l’élément.

L’ordre de remplissage

Les électrons remplissent d’abord les sous-couches de plus basse énergie, une règle appelée principe de l’aufbau. L’ordre est 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, si bien que 4s se remplit avant 3d et 4f seulement après 6s. Il n’est pas nécessaire de le mémoriser : lire chaque période de gauche à droite vous fait parcourir les blocs dans l’ordre de remplissage, du bloc s au bloc f (les lignes du bas, aux périodes 6 et 7) et au bloc d, jusqu’au bloc p.

Ce tableau écrit les sous-couches par numéro de couche croissant plutôt que dans l’ordre de remplissage, si bien que le fer apparaît sous la forme [Ar] 3d⁶ 4s². Lorsqu’un métal de transition forme un ion, il perd d’abord ses électrons s externes, ce qui donne à Fe²⁺ la configuration [Ar] 3d⁶.

Exceptions aux règles

Une vingtaine d’éléments ne suivent pas l’ordre de remplissage simple. Les mieux connus sont le chrome, [Ar] 3d⁵ 4s¹, et le cuivre, [Ar] 3d¹⁰ 4s¹, chez lesquels un électron passe de 4s à 3d, laissant la sous-couche d exactement à moitié pleine ou entièrement pleine. L’argent et l’or suivent le modèle du cuivre, et le palladium, [Kr] 4d¹⁰, n’a aucun électron dans sa sous-couche s la plus externe. Les configurations des éléments superlourds sont des prédictions calculées et non des mesures.

Exemple résolu : le chlore

La position d’un élément indique sa configuration. À l’exception du palladium, le numéro de la période est la couche la plus externe contenant des électrons, et le bloc indique quelle sous-couche se remplit. Le chlore est dans la période 3 et est le cinquième élément du bloc p, donc sa configuration se termine par 3p⁵ : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵, soit [Ne] 3s² 3p⁵. Les exposants totalisent 17, le numéro atomique du chlore, et sa couche externe contient 2 + 5 = 7 électrons de valence.