Comportement des électrons

Les électrons sont des particules subatomiques chargées négativement attirées et orbitant autour du noyau chargé positivement d'un atome. Ils résident dans des espaces associés à des niveaux d'énergie appelés couches et sont davantage organisés en sous-couches et en orbitales à l'intérieur de chaque couche.

Les électrons orbitent autour du noyau

Les électrons se trouvent à des emplacements spécifiques à l'extérieur du noyau. La couche dans laquelle réside un électron indique le niveau d'énergie général de l'électron : ceux qui sont plus proches du noyau ont moins d'énergie, tandis que ceux qui sont plus éloignés en ont davantage. La sous-couche décrit plus précisément l'emplacement et le niveau d'énergie de l'électron, et l'orbitale décrit la forme d'une zone de probabilité dans laquelle un électron orbite autour du noyau. Les électrons les plus proches du noyau ont le moins d'énergie, et à mesure que leur distance par rapport au noyau augmente, la quantité d'énergie que porte l'électron augmente également. Plus loin du noyau, il y a plus d'espace afin que les électrons puissent orbiter, de sorte que les couches externes peuvent contenir plus d'électrons que les couches internes. Les électrons les plus externes d'un atome résident dans la couche de valence et sont appelés électrons de valence. Ces électrons peuvent former des liaisons ioniques et covalentes avec d'autres atomes.

Découverte de l'électron

À la fin des années 1890, J. J. Thomson a réalisé une série d'expériences à l'aide de tubes à rayons cathodiques qui ont abouti à la découverte de l'électron, la première particule subatomique. Un tube à rayons cathodiques est un tube en verre avec deux électrodes connectées à une source d'alimentation fournissant de l'électricité. Un vide élimine la plupart de l'air de l'intérieur du tube. Lorsque la tension est appliquée aux électrodes, un faisceau de particules se déplace de la cathode chargée négativement vers l'anode chargée positivement. L'anode possède un petit trou pour que les rayons puissent passer à travers. Un revêtement de phosphore à l'extrémité opposée du tube brille lorsque les rayons cathodiques le frappent.

Thomson a dirigé le rayon cathodique entre deux plaques métalliques, l'une ayant une charge positive et l'autre une charge négative, et a mesuré la position du rayon à l'extrémité éloignée du tube. Lorsque le rayon passait entre les deux plaques, il était dévié loin de la plaque chargée négativement, se courbant dans la direction de la plaque chargée positivement. Étant donné que les charges similaires se repoussent et que les charges opposées s'attirent, cela indiquait que les particules dans le rayon cathodique possédaient une charge négative.

D'autres expériences pour calculer le rapport masse-charge des particules cathodiques ont révélé que la masse de chaque particule chargée négativement était environ 1/2000 de la masse de n'importe quel atome connu. En raison de cela, Thomson a conclu qu'il devait y avoir de nombreux électrons présents dans n'importe quel atome donné. Plus tard, la découverte des protons et des neutrons expliquerait la répartition de la masse d'un atome et sa charge globalement neutre.

Ce texte est adapté de Openstax, Chemistry 2e, Section 6.3: Development of quantum theory.