Du carbone au silicium, une même colonne

Exercice d'entraînement · niveau 2 · chimie (seconde), chapitre 2 — Constitution de la Matière à l'Échelle Microscopique · Configuration électronique et classification périodique

Énoncé

Le carbone ( $Z = 6$ ) et le silicium ( $Z = 14$ ) sont les deux piliers, l'un du vivant, l'autre de l'électronique. On veut comprendre ce qui les rapproche.

1. Répartir les électrons de chacun dans les sous-couches, et contrôler le total obtenu.<br> 2. Sur quelle couche s'arrête chacun d'eux, et combien d'électrons y trouve-t-on ?<br> 3. Où se placent-ils l'un et l'autre dans le tableau périodique, ligne et colonne ?<br> 4. Qu'annonce cette place commune quant à leur comportement chimique ?

Corrigé

1. Les deux configurations. On remplit dans l'ordre $1 s$ , $2 s$ , $2 p$ , $3 s$ , $3 p$ , en saturant chaque sous-couche avant de passer à la suivante :

carbone : $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{2}$ , somme des exposants $2 + 2 + 2 = 6 = Z$ ;
silicium : $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{2}$ , somme $2 + 2 + 6 + 2 + 2 = 14 = Z$ .

2. Couche externe et valence. Pour le carbone, la couche externe est $n = 2$ : elle porte $2 s^{2} 2 p^{2}$ , soit $4$ électrons de valence. Pour le silicium, la couche externe est $n = 3$ : elle porte $3 s^{2} 3 p^{2}$ , soit là encore $4$ électrons de valence.

3. Période et colonne. La période est le numéro de la couche externe : $2^{e}$ période pour le carbone, $3^{e}$ période pour le silicium. La colonne se lit sur le nombre d'électrons de valence : avec $4$ électrons externes, tous deux sont dans la colonne $14$ .

4. Des propriétés voisines. Les propriétés chimiques dépendent des électrons de valence. Ayant le même nombre d'électrons externes, carbone et silicium appartiennent à une même famille chimique et ont des comportements analogues : tous deux forment quatre liaisons covalentes.

Les autres exercices de ce chapitre Le cours du chapitre

Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.