Gadolinium – Protons – Neutrons – Électrons – Configuration électronique

Un proton est l’une des particules subatomiques qui composent la matière. Dans l’univers, les protons sont abondants, constituant environ la moitié de toute la matière visible. Il a une charge électrique positive (+1e) et une masse au repos égale à 1,67262 × 10⁻²⁷ kg (938,272 MeV/c²) — légèrement plus léger que celui du neutron mais près de 1836 fois supérieur à celui de l’électron. Le proton a un rayon carré moyen d’environ 0,87 × 10⁻¹⁵ m, ou 0,87 fm, et c’est un spin – ½ fermion.

Les protons existent dans les noyaux des atomes typiques, avec leurs homologues neutres, les neutrons. Les neutrons et les protons, communément appelés  nucléons, sont liés ensemble dans le noyau atomique, où ils représentent 99,9 % de la masse de l’atome. Les recherches en physique des particules de haute énergie au XXe siècle ont révélé que ni le neutron ni le proton ne sont le plus petit élément constitutif de la matière.

Un neutron est l’une des particules subatomiques  qui composent la matière. Dans l’univers, les neutrons sont abondants, constituant plus de la moitié de toute la matière visible. Il n’a pas de charge électrique et une masse au repos égale à 1,67493 × 10−27 kg – légèrement supérieure à celle du proton mais près de 1839 fois supérieure à celle de l’électron. Le neutron a un rayon carré moyen d’environ 0,8 × 10−15 m, ou 0,8 fm, et c’est un fermion de spin ½.

Les noyaux atomiques sont constitués de protons et de neutrons, qui s’attirent par la force nucléaire, tandis que les protons se repoussent par la force électrique en raison de leur charge positive. Ces deux forces entrent en compétition, conduisant à diverses stabilités des noyaux. Il n’y a que certaines combinaisons de neutrons et de protons, qui forment des noyaux stables.

Les neutrons stabilisent le noyau, car ils s’attirent ainsi que les protons, ce qui permet de compenser la répulsion électrique entre les protons. En conséquence, à mesure que le nombre de protons augmente, un rapport croissant de neutrons sur protons est nécessaire pour former un noyau stable. S’il y a trop ou trop peu de neutrons pour un nombre donné de protons, le noyau résultant n’est pas stable et il subit une désintégration radioactive. Les isotopes instables se désintègrent par diverses voies de désintégration radioactive, le plus souvent la désintégration alpha, la désintégration bêta ou la capture d’électrons. De nombreux autres types de désintégration rares, tels que la fission spontanée ou l’émission de neutrons, sont connus. Il convient de noter que toutes ces voies de désintégration peuvent s’accompagner de l’émission subséquente de rayonnement gamma. Les désintégrations alpha ou bêta pures sont très rares.

Le tableau périodique est un affichage tabulaire des éléments chimiques organisés en fonction de leurs numéros atomiques, de leurs configurations électroniques et de leurs propriétés chimiques. La configuration électronique est la distribution des électrons d’un atome ou d’une molécule (ou d’une autre structure physique) dans des orbitales atomiques ou moléculaires. La connaissance de la  configuration électronique  des différents atomes est utile pour comprendre la structure du tableau périodique des éléments.

Chaque solide, liquide, gaz et plasma est composé d’atomes neutres ou ionisés. Les propriétés chimiques de l’atome sont déterminées par le nombre de protons, en fait, par le nombre et la disposition des électrons. La configuration de ces électrons découle des principes de la mécanique quantique. Le nombre d’électrons dans les couches d’électrons de chaque élément, en particulier la couche de valence la plus externe, est le principal facteur déterminant son comportement de liaison chimique. Dans le tableau périodique, les éléments sont classés par ordre croissant de numéro atomique Z.

C’est le principe d’exclusion de Pauli qui exige que les électrons d’un atome occupent différents niveaux d’énergie au lieu qu’ils se condensent tous dans l’état fondamental. L’ordre des électrons dans l’état fondamental des atomes multiélectrons commence par l’état d’énergie le plus bas (état fondamental) et se déplace progressivement de là vers le haut de l’échelle d’énergie jusqu’à ce que chacun des électrons de l’atome se soit vu attribuer un ensemble unique de nombres quantiques. Ce fait a des implications essentielles pour la construction du tableau périodique des éléments.

Les deux premières colonnes sur le côté gauche du tableau périodique sont celles où les  sous-couches s  sont occupées. Pour cette raison, les deux premières lignes du tableau périodique sont étiquetées le bloc s. De même, le bloc p sont les six colonnes les plus à droite du tableau périodique, le bloc d est les 10 colonnes du milieu du tableau périodique, tandis que le bloc f est 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 alors le tableau périodique serait plutôt long et encombrant.

Pour les atomes avec de nombreux électrons, cette notation peut devenir longue et donc une notation abrégée est utilisée. La configuration électronique peut être visualisée comme les électrons de cœur, équivalents au gaz noble de la période précédente, et les électrons de valence (par exemple [Xe] 6s2 pour le baryum).

États d’oxydation

Les états d’oxydation sont généralement représentés par des nombres entiers qui peuvent être positifs, nuls ou négatifs. La plupart des éléments ont plus d’un état d’oxydation possible. Par exemple, le carbone a neuf états d’oxydation entiers possibles de -4 à +4.

La définition actuelle de l’état d’oxydation du livre d’or IUPAC est:

« L’état d’oxydation d’un atome est la charge de cet atome après approximation ionique de ses liaisons hétéronucléaires… »

et le terme nombre d’oxydation est presque synonyme. Un élément qui n’est combiné à aucun autre élément différent a un état d’oxydation de 0. L’état d’oxydation 0 se produit pour tous les éléments – c’est simplement l’élément sous sa forme élémentaire. Un atome d’un élément dans un composé aura un état d’oxydation positif s’il a eu des électrons retirés. De même, l’ajout d’électrons entraîne un état d’oxydation négatif. Nous avons également distingué les états d’oxydation possibles et communs de chaque élément. Par exemple, le silicium a neuf états d’oxydation entiers possibles de -4 à +4, mais seuls -4, 0 et +4 sont des états d’oxydation communs.