5.3: Diagrammes de Lewis

Lewis a utilisé des diagrammes simples (maintenant appelés diagrammes de Lewis) pour garder une trace du nombre d’électrons présents dans la coquille la plus externe, ou valence, d’un atome donné. Le noyau de l’atome, c’est-à-dire le noyau avec les électrons internes, est représenté par le symbole chimique, et seuls les électrons de valence sont dessinés sous forme de points entourant le symbole chimique. Ainsi, les trois atomes représentés sur la Figure 1 à partir d’électrons et de Valence peuvent être représentés par les diagrammes de Lewis suivants:

Si l’atome est un atome de gaz noble, deux procédures alternatives sont possibles. Soit nous pouvons considérer que l’atome a des électrons de valence nuls, soit nous pouvons considérer l’enveloppe remplie la plus externe comme l’enveloppe de valence. Les trois premiers gaz nobles peuvent ainsi s’écrire comme suit :

On remarque dans l’exemple précédent que les diagrammes de Lewis des métaux alcalins sont identiques à l’exception de leurs symboles chimiques. Cela concorde bien avec le comportement chimique très similaire des métaux alcalins. De même, les diagrammes de Lewis pour tous les éléments d’autres groupes, tels que les terres alcalines ou les halogènes, se ressemblent.

Les diagrammes de Lewis peuvent également être utilisés pour prédire les valences des éléments. Lewis a suggéré que le nombre de valences d’un atome était égal au nombre d’électrons dans sa coque de valence ou au nombre d’électrons qu’il faudrait ajouter à la coque de valence pour obtenir la structure de la coque électronique du gaz noble suivant. A titre d’exemple de cette idée, considérons les éléments Be et O. Leurs diagrammes de Lewis et ceux des gaz nobles He et Ne sont

En comparant Be avec He, on voit que le premier a deux électrons de plus et devrait donc avoir une valence de 2. On peut s’attendre à ce que l’élément O ait une valence de 6 ou une valence de 2 puisqu’il a six électrons de valence — deux de moins que Ne. En utilisant les règles de valence ainsi développées, Lewis a pu rendre compte de l’augmentation et de la diminution régulières des indices des composés dans le tableau trouvé dans la section de Valence, et reproduit ici. De plus, il a pu représenter plus de 50% des formules du tableau. (Ceux qui sont d’accord avec ses idées sont ombrés en couleur dans le tableau. Vous voudrez peut-être vous référer à ce tableau maintenant et vérifier que certaines des formules indiquées suivent les règles de Lewis.) Le succès de Lewis à cet égard a donné une indication claire que les électrons étaient le facteur le plus important pour maintenir les atomes ensemble lorsque les molécules se sont formées.

Malgré ces succès, il existe également des difficultés à trouver dans les théories de Lewis, en particulier pour les éléments au-delà du calcium dans le tableau périodique. L’élément Br (Z = 35), par example, a 17 électrons de plus que le gaz noble Ar (Z = 18). Cela nous amène à conclure que Br a 17 électrons de valence, ce qui rend difficile d’expliquer pourquoi Br ressemble si étroitement à Cl et F, même si ces deux atomes n’ont que sept électrons de valence.