[CHIMIE] - Valence questions

Déjà la valence correspond au nombre de liaisons que peut effectuer un atome. Une liaison est soit covalente soit ionique et elle correspond à un partage d’un électron ou à l’échange d’un électron. J’espère que jusque là j’ai bon.

C’est pas trop mal, et ça suffit dans un grand nombre de cas.

Maintenant, si la dernière couche sur laquelle un atome possède des électrons est la couche $n$ et qu’il possède $x$ électrons sur cette couche peut on dire que : valence = $min(2\cdot n^2-x, x)$ ?

Ça pourrait être vrai (ça fonctionne pour la deuxième ligne du tableau périodique), mais c’est faux en pratique: si je suis ta formule, je te laisse calculer la valence de l’iode, par exemple. En fait, la valence est en fait un concept qui marche un peu moins bien au delà de la troisième ligne du tableau périodique. Et je te parle pas des métaux au milieu du tableau périodique, pour qui c’est un bazar sans nom (comprendre que compter le nombre d’électron sur la dernière couche est plus compliqué qu’il n’y parait pour les métaux). Ni des cas d’hypervalence, et ainsi de suite

Dans la plupart des cas, valence = $min(8-x,x)$. Mais si tu prend par exemple l’hexafluorure de soufre, tu vois bien que ça ne fonctionne pas des masses Et je te parle pas des ions $\ce{ClO-}$, $\ce{ClO2-}$, $\ce{ClO3-}$ ou $\ce{ClO4-}$, qui existent tous et qui questionnent le concept de valence aussi

La réponse tient de la physique quantique, mais former une liaison stabilise bel et bien un atome (comprendre, par stabilisation, que l’énergie du système correspondant est inférieure à la somme des énergies des deux atomes séparés). En faisant de très gros raccourcis et en disant un peu des bêtises, comprend ça par le fait que les électrons étant des particules chargées négativement (et toujours en mouvement), elles ont tendances à se repousser. Former une liaison offre plus d’espace à certains électrons pour se déplacer, donc globalement moins de possibilités de se repousser, générant un système plus stable.

Dans la discipline qu’est l’Atomistique, tu devrais voir que la couche d importe beaucoup sur la valence. Dès que cette dernière est présente (même vide) elle permet de transgresser les règles de l’octets et du duet.

Pour revenir à la couche d c’est une couche qui appartient à la forme de distribution "spdf" qui remplace alors l’idée des couches "KLM…".

Et c’est vrai les couches spdf et leurs remplissage tiennent compte de la physique quantique. Voilà une petite illustration de la répartition spdf :

Le modèle de l’atome selon des "orbites" et effectivement caduc, au fil du temps les scientifiques on remarqué que ce modèle "planetaire" ne convenait qu’à l’Hydrogène, l’atome le plus simple à étudier.

Un electron ça ne gravite pas, et de pars ce fait il ne possède pas d’orbite. Alors pour le géolocaliser, on a trouvé une zone dans laquelle il peut se trouver. Cet ersatz d’orbite est appelé "orbitale" (nommé spdf, comme tu l’auras deviné )

Ces orbitales possèdent des formes bien plus complexes que de simples cercle/ellipse d’orbitation gravitationnelle. Voici quelques exemples de formes :

Tu peux imaginer ces formes comme la représentation exact du nuage que parcours un electron. C’est un peu la frontière dans laquelle une sorte de mouche errerait tranquillement sans dépasser la limite.

Pour cela renseigne toi sur la theorie VSEPR. Je trouve que les erreurs de l’ancien modèle sont visuellement très lié aux géométrie des molécules. Comment expliquer que le carbone s’inscrive parfaitement dans un tétraèdre, dont il aurait envahit les sommets par des electrons de valence, si nous parlions d’orbites 2D ? Déjà là tu peux presentir que les électrons se baladent de manière "volumique" en 3D. Je te laisse chercher plus loin

On passe à la couche supérieur, et si dans ton cas on se retrouve au bord du tableau périodique ? Je pense que tu fais allusion à l’élément 118, Og. Ce dernier est le dernier non pas car il existe un nombre finie de couche, (à mon avis c’est infinie mais les forces de Coulomb empêchent d’aller très loin?) mais parce qu’il est super instable. Vois-tu sur le tableau, tout ce qui se situe après le Plomb est radioactif (c’est d’ailleurs pour ça qu’on se prémunie des radiation avec des gilets de plombs) donc tu vois qu’on est largement très loin de l’uranium qui possède dors et déjà une belle reputation pour sa radioactivité. Alors la radioactivité c’est la destruction d’un atome en plusieurs autres. Lorsqu’un atome est trop gros il s’écrase sur lui même (trop de proton se touche, + et + ça se repousse à ce moment là). Donc l’Oganesson à une durée de vie bien plus courte que 10 ms !! Donc je pense que dans tout les cas on lui jete rien dessus, même pas un electron de peur qu’il ne tienne pas le coups le pauvre !

Ah ça c’est un peu trop vulgariser. Le mieux c’est de voir les choses ainsi : ce qui est réactif est instable pas nature. Par exemple tu prend de l’eau oxygené, c’est très réactif, cela va oxyder (processus similaire à la rouille) ta peau si tu la touche. Et donc spontanément elle va réagir avec des choses, que ces choses soit stable ou non, ta peau est belle et bien stable n’est-ca pas ? ^^.

Un autre exemple : c’est généralement quand on mélange 2 composé très forts dans leurs catégories qu’on obtient vraiment des trucs qui arrache. 2 acides très fort, 2 oxydants très fort.

• Si l’on mélange de l’acide sulfurique et de l’acide nitrique on obtient du nitronium, une espèce qui est très réactive (cinétiquement).
• Si l’on mélange de l’acide sulfurique concentré et du permanganate de potassium on obtient de l’heptoxyde de dimanganèse, un oxydant très puissant
• Si l’on mélange de l’eau oxygenée et de l’acide sulfurique on obtient l’acide de Caro (très instable !)…

Bref la liste est longue. Un composé réactif, c’est parce qu’il est instable qu’il va generer des transformations autour de lui. Son environnement proche va être affecté. Rare sont les composés qui résiste. Le plus connu étant le téflon

Bon, ben je me fait griller en beauté par Blackline

Effectivement, Blackline en a touché un mot, il existe un modèle plus "complet" que celui de l’atome de Bohr (le mec, pas l’élément), et il est issus de la physique quantique.

Mais cela veut-il dire qu’il n’y aucun moyen excepté le moyen expérimental qui nous permette de connaître la valence d’un atome ?

Si t’applique un peu ce que nous dis la phyisique quantique à la chimie, tu tombes dans le domaine de la chimie quantique. Dans ce domaine, et moyennant des calculs plus ou moins complexes, il est possible de déterminer la valence (entre autre chose) sans jamais toucher à l’atome en question.¹

De plus le fait qu’il existe des cas particuliers ne remet il pas en cause ce modèle de l’atome ?

Bien sur que si, et c’est pourquoi on a imaginé des modèles plus complets. Seulement, pour des raisons pédagogiques, on s’arrête souvent à l’atome de Borh, qui permet déjà d’expliquer un certain nombre de choses, en particulier dans le secondaire

Je vais donc essayer d’étudier tout cela, néanmoins avant de rentrer dans des modèles plus complexes je vais tenter déjà de bien assimiler les modèles antécédents afin de comprendre les points qui n’allaient pas, ce qui me permettra de mieux comprendre l’arrivée de nouveaux modèles.

Y’en a déjà un très évident : un électron étant chargé négativement, le noyau chargé positivement, ce modèle n’est pas réaliste, puisque les électrons devraient s’effondrer sur le noyau en une fraction de microsecondes, et le monde tel qu’on le connaît pas exister. Et du coup, on a du invoquer la physique quantique

Puisqu’il n’y a qu’un nombre finit de couches : K,L,M,N,O,P,Q, que se passe t-il si l’atome à toutes ces couches remplit et qu’on lui envoie un électron ? (puis-qu’aucune couche ne peut accepter de nouveaux électrons que se passe t-il ? )

L’électron va sur la couche supérieure, parce que justement non, le nombre de couche n’est pas fini. D’ailleurs, les "couches" en elles même n’existent pas vraiment, c’est juste un "état" que possède un électron. Par contre, c’est absolument pas stable, et il y a peu de chance que l’électron y reste.

Comment deux atomes avant une liaison peuvent-ils savoir que l’autre atome n’est pas dans un état stable ? Et aussi, si on a une rencontre entre un atome non stable et un atome stable, alors l’atome non stable va valoir établir des liaisons avec l’atome stable qui va refuser d’établir ces liaisons, mais comment tout cela se passe t-il réellement au niveau chimique ?

Un atome ne "sait" pas qu’il est dans un état stable ou pas. En sois, dans certaines conditions, des atomes "instables" peuvent exister, et ça ne pose pas réellement de problème, tu en a même en toi en ce moment.

L’interpétation de la physique quantique, c’est que le monde qui nous entoure fonctionne sur base de probabilités.

Déjà, il faut imaginer le monde à l’échelle microscopique comme un monde ou les atomes sont perpétuellement en mouvement, et se rentrent dedans. Et plus il fait chaud, plus les atomes sont en mouvement. Par exemple, dans un gaz, c’est des milliards de collisions à la seconde ! Autour des noyaux atomiques, un nuage électronique, en mouvement lui aussi. À un moment dans le temps, un atome avec un électron manquant rentre en collision avec un autre atome avec un électron manquant. Comme ils sont proches l’un de l’autre, il y a échange d’électron et une liaison se forme. Et quand je dit une liaison, c’est vraiment juste que la probabilité que les électrons se trouvent entre (ou carrément autour de l’atome voisin) les deux atomes augmente.

Par contre, quand un atome possède déjà "assez" (tout est relatif), d’électrons (typiquement les gaz rares), la probabilité qu’il forme une liaison avec un autre atome est faible, parce que cette situation est énergétiquement moins favorable (parce que ).

C’est malheureusement assez difficile à expliquer sans entrer dans les détails ou ne pas tordre la réalité, mais c’est grosso modo comme ça que ça se passe dans la "vraie vie"²: des probabilités et un nuage d’électron. Jusqu’ici, c’est le meilleur modèle qu’on possède, et à priori, il n’as pas encore été mis en défaut, même si ça ne saurait probablement que tarder.