Au chapitre 3 « Atomes, molécules et ions », nous avons présenté le tableau périodique comme un outil pour organiser les éléments chimiques connus. Un tableau périodique est illustré à la figure 8.11 « Le tableau périodique ». Les éléments sont classés par numéro atomique (le nombre de protons dans le noyau), et les éléments ayant des propriétés chimiques similaires sont regroupés en colonnes.

Pourquoi le tableau périodique a-t-il la structure qu’il a ? La réponse est assez simple, si vous comprenez les configurations électroniques : la forme du tableau périodique imite le remplissage des sous-coquilles avec des électrons.

Commençons par H et He. Leurs configurations électroniques sont respectivement 1s1 et 1s2 ; avec He, la coquille n = 1 est remplie. Ces deux éléments constituent la première rangée du tableau périodique (voir figure 8.12 « Le 1 »).

Les deux électrons suivants, pour Li et Be, iraient dans la sous-coquille 2s. La figure 8.13 « Le 2 » montre que ces deux éléments sont adjacents sur le tableau périodique.

Pour les six éléments suivants, la sous coque 2p est en train d’être occupée par des électrons. Sur le côté droit du tableau périodique, ces six éléments (B à Ne) sont regroupés (figure 8.14 « Le 2 »).

La prochaine sous coque à être remplie est la sous coque 3s. Les éléments lorsque cette sous coquille est remplie, Na et Mg, sont de retour sur le côté gauche du tableau périodique (figure 8.15 « Le 3 »).

Puis, la sous-coquille 3p est remplie avec les six éléments suivants (figure 8.16 « Le 3 »).

Au lieu de remplir ensuite la sous coque 3d, les électrons vont dans la sous coque 4s (figure 8.17 « La 4 »).

Après le remplissage de la sous coque 4s, la sous coque 3d est remplie avec jusqu’à 10 électrons. Cela explique la section de 10 éléments au milieu du tableau périodique (figure 8.18 « Le 3 »).

Et ainsi de suite. Au fur et à mesure que nous traversons les rangées du tableau périodique, la forme globale du tableau décrit comment les électrons occupent les coquilles et les sous-coquilles.

Les deux premières colonnes du côté gauche du tableau périodique sont celles où les sous-coquilles s sont occupées. Pour cette raison, les deux premières rangées du tableau périodique sont appelées le bloc s. De même, le bloc p correspond aux six colonnes les plus à droite du tableau périodique, le bloc d correspond aux 10 colonnes du milieu du tableau périodique, tandis que le bloc f correspond à la section de 14 colonnes qui est normalement représentée comme détachée du corps principal du tableau périodique. Il pourrait faire partie du corps principal, mais le tableau périodique serait alors plutôt long et encombrant. La figure 8.19 « Blocs du tableau périodique » montre les blocs du tableau périodique.

Les électrons de la coquille la plus élevée, plus les électrons de la dernière sous-coquille non remplie, sont appelés électrons de valence ; la coquille la plus élevée est appelée coquille de valence. (Les électrons internes sont appelés électrons de noyau.) Les électrons de valence contrôlent en grande partie la chimie d’un atome. Si nous examinons uniquement la configuration électronique de la coquille de valence, nous constatons que dans chaque colonne, la configuration électronique de la coquille de valence est la même. Par exemple, prenez les éléments de la première colonne du tableau périodique : H, Li, Na, K, Rb et Cs. Leurs configurations électroniques (abrégées pour les plus gros atomes) sont les suivantes, la configuration électronique de la couche de valence étant mise en évidence :

Ils ont tous une configuration électronique similaire dans leur coquille de valence : un seul électron s. Comme une grande partie de la chimie d’un élément est influencée par les électrons de valence, on pourrait s’attendre à ce que ces éléments aient une chimie similaire – et c’est le cas. L’organisation des électrons dans les atomes explique non seulement la forme du tableau périodique mais aussi le fait que les éléments de la même colonne du tableau périodique ont une chimie similaire.

Le même concept s’applique aux autres colonnes du tableau périodique. Les éléments de chaque colonne ont les mêmes configurations électroniques de la coquille de valence, et les éléments ont certaines propriétés chimiques similaires. Ceci est strictement vrai pour tous les éléments des blocs s et p. Dans les blocs d et f, comme il existe des exceptions à l’ordre de remplissage des sous-coquilles par les électrons, la similitude des coquilles de valence n’est pas absolue dans ces blocs. Cependant, de nombreuses similitudes existent dans ces blocs, de sorte qu’une similitude des propriétés chimiques est attendue.

La similitude de la configuration électronique de la coquille de valence implique que nous pouvons déterminer la configuration électronique d’un atome uniquement par sa position sur le tableau périodique. Prenons l’exemple de Se, comme le montre la figure 8.20  » Le sélénium dans le tableau périodique « . Il se trouve dans la quatrième colonne du bloc p. Cela signifie que sa configuration électronique devrait se terminer par une configuration électronique p4. En effet, la configuration électronique de Se est 4s23d104p4, comme prévu.