Qu'est-ce qui détermine le comportement chimique d'un atome?

Les éléments sont constitués d'atomes et la structure de l'atome détermine son comportement lors de l'interaction avec d'autres produits chimiques. La clé pour déterminer comment un atome se comportera dans différents environnements réside dans la disposition des électrons au sein de l'atome.

TL; DR (trop long; n'a pas lu)

Lorsqu'un atome réagit, il peut gagner ou perdre des électrons, ou il peut partager des électrons avec un atome voisin pour former une liaison chimique. La facilité avec laquelle un atome peut gagner, perdre ou partager des électrons détermine sa réactivité.

Les atomes sont constitués de trois types de particules subatomiques: les protons, les neutrons et les électrons. L'identité d'un atome est déterminée par son nombre de protons ou son numéro atomique. Par exemple, tout atome ayant 6 protons est classé comme carbone. Les atomes sont des entités neutres, ils ont donc toujours un nombre égal de protons chargés positivement et d'électrons chargés négativement. On dit que les électrons sont en orbite autour du noyau central, maintenu en position par l'attraction électrostatique entre le noyau chargé positivement et les électrons eux-mêmes. Les électrons sont disposés en niveaux d'énergie ou en couches: des zones définies de l'espace autour du noyau. Les électrons occupent les niveaux d'énergie disponibles les plus bas, c'est-à-dire les plus proches du noyau, mais chaque niveau d'énergie ne peut contenir qu'un nombre limité d'électrons. La position des électrons les plus externes est essentielle pour déterminer le comportement d'un atome.

Le nombre d'électrons dans un atome est déterminé par le nombre de protons. Cela signifie que la plupart des atomes ont un niveau d'énergie externe partiellement rempli. Lorsque les atomes réagissent, ils ont tendance à essayer d'atteindre un niveau d'énergie externe complet, soit en perdant des électrons externes, en gagnant des électrons supplémentaires ou en partageant des électrons avec un autre atome. Cela signifie qu'il est possible de prédire le comportement d'un atome en examinant sa configuration électronique. Les gaz nobles tels que le néon et l'argon se distinguent par leur caractère inerte: ils ne participent pas à réactions chimiques, sauf dans des circonstances très extrêmes, car elles ont déjà une énergie externe complète et stable niveau.

Le tableau périodique des éléments est organisé de manière à ce que les éléments ou atomes ayant des propriétés similaires soient regroupés en colonnes. Chaque colonne ou groupe contient des atomes avec un arrangement électronique similaire. Par exemple, des éléments tels que le sodium et le potassium dans la colonne de gauche du tableau périodique contiennent chacun 1 électron dans leur niveau d'énergie le plus externe. On dit qu'ils font partie du groupe 1, et parce que l'électron externe n'est que faiblement attiré par le noyau, il peut être facilement perdu. Cela rend les atomes du groupe 1 très réactifs: ils perdent facilement leur électron externe lors de réactions chimiques avec d'autres atomes. De même, les éléments du groupe 7 ont une seule lacune dans leur niveau d'énergie externe. Étant donné que les niveaux d'énergie externes complets sont les plus stables, ces atomes peuvent facilement attirer un électron supplémentaire lorsqu'ils réagissent avec d'autres substances.

L'énergie d'ionisation (I.E.) est une mesure de la facilité avec laquelle les électrons peuvent être retirés d'un atome. Un élément avec une faible énergie d'ionisation réagira facilement en perdant son électron externe. L'énergie d'ionisation est mesurée pour l'élimination successive de chaque électron d'un atome. La première énergie d'ionisation fait référence à l'énergie nécessaire pour éliminer le premier électron; la deuxième énergie d'ionisation fait référence à l'énergie nécessaire pour éliminer le deuxième électron et ainsi de suite. En examinant les valeurs des énergies d'ionisation successives d'un atome, son comportement probable peut être prédit. Par exemple, l'élément calcium du groupe 2 a un faible 1er I.E. de 590 kilojoules par mole et un 2e I.E. relativement faible. de 1145 kilojoules par mole. Cependant, le 3e I.E. est beaucoup plus élevé à 4912 kilojoules par mole. Cela suggère que lorsque le calcium réagit, il est le plus susceptible de perdre les deux premiers électrons facilement amovibles.

L'affinité électronique (Ea) est une mesure de la facilité avec laquelle un atome peut gagner des électrons supplémentaires. Les atomes avec de faibles affinités électroniques ont tendance à être très réactifs, par exemple le fluor est le plus élément réactif dans le tableau périodique et il a une très faible affinité électronique à -328 kilojoules par mole. Comme pour l'énergie d'ionisation, chaque élément a une série de valeurs représentant l'affinité électronique de l'ajout des premier, deuxième et troisième électrons et ainsi de suite. Encore une fois, les affinités électroniques successives d'un élément donnent une indication de la façon dont il va réagir.