Règle de l'octet

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Les liaisons chimiques dans le dioxyde de carbone (CO2)- Tous les atomes sont entourés de 8 électrons comme prédit par la règle de l'octet . CO2 est donc une molécule stable.

La règle de l'octet est une règle chimique simple qui énonce que les atomes avec un numéro atomique Z > 4 tendent à se combiner de façon à avoir huit électrons dans leur couche de valence, ce qui leur donne la même structure électronique qu'un gaz noble. La règle est applicable aux éléments du groupe principal (blocs s et p du tableau périodique). Elle est utile en particulier pour des non-métaux tels que le carbone, l'azote, l'oxygène et les halogènes ainsi que les métaux alcalins et alcalino-terreux.

Histoire[modifier | modifier le code]

À la fin du XIXe siècle le concept de valence était déjà utilisé pour expliquer les combinaisons d'atomes formant les composés moléculaires. En 1893, Alfred Werner montra que le nombre d'atomes ou de groupes d'atomes associés à un atome central (le nombre de coordination) est fréquemment 4 ou 6. Il observa que les autres nombres de coordination jusqu'à un maximum de 8 sont possibles mais moins courants. En 1904, Richard Abegg remarqua que la différence entre la valence positive maximale et la valence négative maximale d'un élément est fréquemment 8 (règle d'Abegg). Cette dernière règle a été utilisée en 1916 quand Gilbert N. Lewis formula la règle de l'octet dans le cadre de sa théorie de l'atome cubique.

Justification et utilisation[modifier | modifier le code]

En bref, la couche de valence d'un élément est dite pleine quand elle contient 8 électrons, ce qui correspond à une structure électronique (ns)2(np)6. Cette structure électronique, qui correspond à celle des gaz nobles, est associée à une stabilité maximale. Les configurations électroniques des gaz nobles sont les suivantes

He (1s)2
Ne [He] (2s)2 (2p)6
Ar [Ne] (3s)2 (3p)6
Kr [Ar] (3d)10 (4s)2 (4p)6
Xe [Kr] (4d)10 (5s)2 (5p)6
Rn [Xe] (4f)14 (5d)10 (6s)2 (6p)6

Par convention, pour éviter d'écrire la configuration électronique des couches internes, on note le gaz noble précédent entre crochets. Par exemple, la configuration de l'argon est [Ne](3s)2(3p)6, [Ne] signifiant la configuration électronique du néon.

À chaque fois, la couche la plus externe comporte 8 électrons (ns)2(np)6, sauf dans le cas de l'hélium.

Il est à noter qu'une couche de valence « pleine » signifie qu'elle contient huit électrons quand la couche suivante commence à se remplir, même si les sous-couches associées à des nombres quantiques azimutaux l supérieurs à 1 (d, f) ne sont pas remplies. Il ne peut y avoir que huit électrons dans une couche de valence car après une sous-couche (np) il y a toujours une sous-couche ((n+1)s) appartenant à une couche supérieure (voir la page Règle de Klechkowski).

La règle de l'octet réflète le fait que les atomes réagissent souvent pour acquérir, perdre (liaison ionique) ou mettre en commun des électrons (liaison covalente) pour posséder un octet complet d'électrons de valence.

Certains des atomes pour lesquels la règle de l'octet est la plus utile sont :

  • Le carbone, C(grand c)
  • L'oxygène, O (grand o)
  • Les halogènes, F, Cl, Br, I (et encore, seul F respecte vraiment cette règle).

Limitations[modifier | modifier le code]

La règle de l'octet n'est strictement valable que pour les éléments des lignes 1 (elle est alors la règle du duet) et 2 du tableau périodique.

Pour la 3e période et les suivantes, il existe des molécules ne respectant pas cette règle du fait de l'implication des orbitales de type « d ». La règle de l'octet est insuffisante pour expliquer la réactivité des éléments plus lourds, en particulier des métaux de transition qui observent plutôt la règle des 18 électrons.

Exemples[modifier | modifier le code]

  • L'atome de fluor de symbole F, possède Z=9 protons et donc 9 électrons.

Sa configuration électronique peut s'écrire : [He](2s)2(2p)5 Il doit gagner un électron pour en avoir huit sur sa couche externe et former ainsi l'anion F^- de configuration électronique [He](2s)2(2p)6.

  • L'atome de sodium de symbole Na, possède Z=11 protons et donc 11 électrons. Sa configuration électronique est [Ne](3s)1. Il lui suffit donc de perdre un électron pour avoir la même configuration électronique que le néon ([He](2s)2(2p)6). On aura donc Na+.

Décompte d'électrons dans les molécules[modifier | modifier le code]

Pour déterminer si, dans une molécule, tous les atomes respectent la règle de l'octet on compte :

  • deux électrons pour chaque paire d'électrons localisée sur l'atome
  • un électron pour chaque charge négative (de même on enlève un électron pour chaque charge positive)
  • deux électrons pour liaison covalente, même si celle-ci résulte de la mise en commun d'un électron par atome. On considère que les électrons de la liaison se trouvent alternativement à proximité des deux atomes liés et donc sont décomptés dans le cadre de la vérification du respect de la règle de l'octet pour les deux atomes.

Exceptions[modifier | modifier le code]

  • La règle du duet associée à la première couche. Le gaz noble hélium a deux électrons dans sa couche de valence (il n'y a pas de sous-couche 1p). L'hydrogène n'a besoin que d'un électron supplémentaire pour atteindre cette configuration tandis que le lithium a besoin d'en perdre un.
  • Les composés de bore trivalents tels que BF3 ont seulement 6 électrons dans leur couche de valence. Ces molécules réagissent toutefois pour compléter leur octet : ils sont des acides de Lewis
  • Les radicaux par exemple l'oxyde nitrique (NO) contiennent un ou plusieurs atomes qui ont un nombre impair d'électrons (N dans NO est entouré de 7 électrons)
  • Il existe des molécules qui ont été nommées hypervalentes dans lesquelles un élément du groupe principal est lié à plus de 4 atomes, par exemple le pentachlorure de phosphore PCl5 et l'hexafluorure de soufre SF6. Le décompte électronique pour les atomes centraux de ces molécules donnerait respectivement 10 et 12 électrons. Pour expliquer ceci, la participation des orbitales d, en violation de la règle de l'octet, a été invoqué, mais des modèles plus sophistiqués de la liaison chimique considèrent qu'il y a moins que deux électrons par liaison dans ces molécules (liaison à 3 centres et 4 électrons).
  • Pour les métaux de transition la règle des 18 électrons remplace (avec de nombreuses exceptions) la règle de l'octet à cause de l'importance des orbitales d pour ces atomes.

Voir aussi[modifier | modifier le code]