La valence des atomes
La valence d'un atome fixe de façon précise le nombre d'atomes auquel cet atome peut se lier... Pour être plus clair, si un atome a une valence de 1, il ne pourra se lier qu'à un seul atome. Si sa valence est de 4, il pourra se lier au maximum avec 4 atomes, etc. On qualifiera chaque atome de monovalent, divalent, trivalent ou tétravalent.
Introduction historique
Une des avancées les plus importantes du XIXème siècle a été d'abord de définir clairement la distinction entre atome et molécule, mais surtout de découvrir que les atomes s'associent selon des règles mathématiques précises. Pour prendre un exemple, dans les molécules renfermant du carbone, les associations de différents atomes dans cette molécule se font en respectant toujours le nombre 4. Dans le cas de l'oxygène, ce chiffre est 2, dans le cas de l'hydrogène c'est 1 etc. Chaque élément chimique est caractérisé par une chiffre allant de 1 à 4 : la valence. Cette remarque est presque toujours vérifiée, à l'exception de certaines molécules composées d'atomes lourds. La formulation du concept de valence est due a August Kekulé.
Illustration par l'exemple du carbone. Voyons quelques exemples sur des molécules simples.
- Dans le gaz dihydrogène, H2, deux atomes d'hydrogènes sont associés.
- Dans le méthane, CH4, il y a un carbone et quatre hydrogènes : le carbone est associé à quatre atomes.
- Dans l'eau, H2O, il y a deux hydrogènes et un oxygène : l'oxygène est associé à deux atomes.
- Dans le formol, CH2O, il y a un carbone entouré de deux hydrogènes (2 fois 1) et d'un oxygène (2) : le carbone est associé à trois atomes mais respecte le chiffre 4.
- Dans de dioxyde de carbone, CO2, le carbone est entouré de deux oxygènes 2 fois 2 = 4.
- Dernier exemple : dans l'éthane de formule C2H6, chaque carbone est entouré d'un carbone et de trois hydrogènes : 3 + 1 = 4.
La conséquence de cette découverte a été de pouvoir affirmer que chaque atome est caractérisé par un chiffre, que l'on appelle la valence, et quelque soit l'origine de l'élément chimique, sa valence est toujours conservée.
Exception. Les atomes légers respectent cette loi. Les atomes lourds, c'est à dire les atomes métalliques, qui eux portent plus d'une dizaine d'électrons, pourront présenter plusieurs formes, comme le fer qui existe sous trois formes principales : l'oxyde de fer (II) FeO, l'oxyde de fer (III) Fe2O3 et la magnétite, Fe3O4. On dit dans ce cas que l'élément métallique présente plusieurs degrés d'oxydation.
Voici dans un tableau la valence des principaux atomes de la classification périodique.
Atome monovalent
Atome divalent
Atome trivalent
Atome tétravalent
H, Li, Na, K...
F, Cl, Br, I...
Be, Mg, Ca...
O, S...
B, Al...
N, P...
C, Si...
Nous faisons le choix de ne représenter ni les métaux de transition ni les éléments lourds dans le tableau.
Comment déterminer la valence des atomes ?
La méthode la plus simple est celle de Lewis. Elle nécessite la connaissance du nombre d'électrons de l'atome, leur répartition (configuration électronique) et le mode de représentation de Lewis.
La classification périodique de Mendeleïev permet aussi de déterminer très rapidement la valence de chaque atome.
