Règles de l’octet et du duet

1. Généralités sur l'atome

Un atome est constitué d'un noyau et d'électrons en mouvement autour du noyau.

Un noyau, de nombre de masse A et de nombre de charge Z, est désigné par l'écriture :
Règle du duet et de l'octet : image 2

X étant le symbole de l'élément chimique considéré.

Ainsi, l'élément X possède :

Z protons

Z électrons

(A-Z) neutrons.

Remarques :
- un électrons porte une charge élémentaire négative -e (avec $e = 1,6.10^{-19} C$ ).
- un proton porte une charge élémentaire positive +e.
- un neutrons ne porte aucune charge élémentaire.
Or, nous savons qu'un atome possède autant d'électrons que de protons : un atome est donc électriquement neutre.

Définition : deux noyaux isotopes ont le même nombre de protons Z et différents de neutrons, donc de nombres de masse différents.

Exemple du lithium Règle du duet et de l'octet : image 1

Calcul de la masse d'un atome :

La masse d'un proton est $m_{\text{proton}} = 1,673.10^{-27} \text{kg}$

La masse d'un neutron est $m_{\text{neutron}} = 1,675.10^{-27} \text{kg}$

La masse d'un électron est $m_{\text{electron}} = 9,11.10^{-31} \text{kg}$

Ainsi, la masse d'un atome X constitué de Z protons, Z électrons, (A-Z) neutrons est :

m(X) = Z.m_proton + Z.m_electron + (A-Z).m_neutron

Remarque : dans les exercices, il arrive que l'énoncé fasse une approximation en négligeant la masse des électrons d'une part, et en considérant que le proton et le neutron on la même masse d'autre part.

Dans ce cas précis, $m_{\text{nucleon}} = 1,67.10^{-27} \text{kg}$ et la masse approchée de l'atome devient m(X) A.m_nucléon.

Caractère lacunaire de la matière : la masse de l'atome est concentrée dans son noyau dont le volume est $1.10^{-15}$ fois le volume de l'atome.
Ainsi, l'essentiel du volume de l'atome est du vide !

2. Répartition des électrons

Un atome de numéro atomique Z a un cortège électronique de Z électrons.

Ces électrons sont répartis sur différentes couches désignées par les lettres K, L, M, N, etc ...

Chaque couche admet un nombre d'électrons bien déterminé que le tableau ci-dessous récapitule :

N° de la couche	1	2	3	4	n
Nom de la couche	K	L	M	N
Nombre d'électrons	2	8	18	32	2n²

3. Règle de remplissage

La structure électronique d'un atome donne le nombre d'électrons de chaque couche.
On commence par placer les électrons sur la première couche (K) jusqu'à ce qu'elle soit saturée (donc jusqu'à ce qu'elle contienne 2 électrons) puis on passe à la couche suivante L et ainsi de suite, jusqu'à ce que l'on ait placé tous les électrons.

Exemple 1 : Je souhaite écrire la structure électronique de l'atome de chlore de symbole Cl et de nombre de charge Z = 17.

$_{17}Cl$ $(K)^2(L)^8(M)^7$

On a bien 2+8+7 = 17, chaque électron a donc été attribué à une couche.

La dernière couche, ici M, est appelée couche externe ou couche de valence. Les autres couches sont dites internes.

Exemple 2 : Je souhaite écrire la structure électronique de l'ion chlorure Cl^- .

Cet ion possède 18 électrons. En effet, il a les 17 électrons de l'atome Cl plus celui qui lui confère sa charge négative.

Donc Cl^- a pour structure électronique $(K)^2(L)^8(M)^8$ .

Exemple 3 : Après avoir donné la structure électronique de l'anion Cl^-, cherchons celle du cation Al³⁺.

L'aluminium $_{13}Al$ possède Z = 13 électrons.
Le cation Al³⁺ en a perdu 3, il possède donc 10 électrons (cette perte de 3 électrons lui confère donc une charge positive +3e).

Ainsi, Al³⁺ a pour structure électronique $(K)^2(L)^8$ .

4. Règle de stabilité

Définition : les gaz nobles, encore appelés gaz rares, sont les éléments chimiques les plus stables, c'est-à-dire qu'ils n'existent que sous forme d'atome, jamais sous forme d'ion.
Ils sont au nombre de six : l'hélium (₂He), le néon (₁₀Ne), l'argon (₁₈Ar), le krypton (₃₆Kr), le xénon (₅₄Xe) et le radon (₈₆Rn).
La particularité des gaz rares est qu'ils possèdent tous 8 électrons sur leur couche de valence (ou 2 dans le cas de l'hélium). Ils respectent donc naturellement la règle de l'octet (et du duet pour l'hélium), ce qui explique leur stabilité.

Pour être stables, les éléments adoptent donc la même structure électronique que le gaz rare dont le numéro atomique Z est le plus proche.

Règle du duet et de l'octet :

Un élément respecte la règle de l'octet (et du duet si Z=2) s'il possède 8 électrons sur sa couche de valence et des couches internes saturées.

RP: 10e C - Phy-Chi