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Établir le schéma de Lewis d'un ion

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Objectifs

Établir le schéma de Lewis d’un ion monoatomique ou polyatomique.
Comprendre la notion de lacune électronique.

Points clés

Les atomes perdent ou gagnent des électrons de leur couche de valence afin d’avoir la structure électronique stable des gaz nobles : ils deviennent des ions monoatomiques.
Les ions monoatomiques possèdent soit un doublet non liant (duet), soit quatre doublets non liants (octet). Dans le cas de l’ion hydrogène H⁺, il y a une lacune électronique (il manque deux électrons sur la couche externe).
Le schéma de Lewis des atomes permet de trouver le schéma de Lewis d’un ion polyatomique, par application de la règle du duet ou de l’octet.

Pour bien comprendre

Les règles du duet et de l’octet
Composition et neutralité d’un atome
La structure électronique d’un atome
Le schéma de Lewis d’un atome et d’une molécule

1. Les ions monoatomiques

a. La formation des ions monoatomiques

La stabilité des gaz nobles (rappel)

La grande stabilité des atomes de gaz nobles est expliquée par leur configuration électronique particulière.

La configuration électronique de 3 gaz nobles est donnée dans le tableau ci-dessous.

Nom	Hélium	Néon	Argon
Symbole	He	Ne	Ar
Configuration électronique	1s²	1s² 2s² 2p⁶	1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶
Nombre d’électrons dans l’atome	2	10	18

La couche de valence n de l’atome d’hélium (n = 1) possède deux électrons de valence (duet) tandis que les couches de valence des atomes de néon (n = 2) et d’argon (n = 3) possèdent huit électrons de valence (octet).

Remarque
La couche de valence correspond à la dernière couche électronique n qui contient des électrons.

La règle de stabilité des atomes
Les atomes perdent ou gagnent des électrons de valence de manière à ce que l’ion monoatomique obtenu ait la même configuration électronique que celle des gaz nobles, c’est-à-dire une configuration électronique de valence en duet (telle que celle de l’hélium) ou en octet (telle que celles du néon ou de l’argon).

Quelques exemples de perte ou gain d’électrons

Les atomes perdent ou gagnent des électrons de manière à obtenir la configuration électronique du gaz noble le plus proche dans la classification périodique des éléments.

On donne ci-dessous quelques exemples pour comprendre le lien entre la position d’un atome dans la classification et l’ion formé.

Classification périodique des éléments

L’atome d’azote (de configuration électronique 1s² 2s² 2p³) gagne 3 électrons et se transforme en ion nitrure N³⁻, qui possède la configuration électronique en octet du néon (1s² 2s² 2p⁶).
L’atome de chlore (de configuration électronique 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵) gagne 1 électron et se transforme en ion chlorure Cl⁻, qui possède la configuration électronique en octet de l’argon (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶).
L’atome de magnésium (de configuration électronique 1s² 2s² 2p⁶ 3s²) perd 2 électrons et se transforme en ion magnésium Mg²⁺, qui possède la configuration électronique en octet du néon (1s² 2s² 2p⁶).
L’atome de lithium (de configuration électronique 1s² 2s¹) perd 1 électron et se transforme en ion lithium Li⁺, qui possède la configuration électronique en duet de l’hélium (1s²).

Remarque
Les atomes de carbone et de silicium ne forment pas d’ions monoatomiques car la perte ou le gain de 4 électrons ne se fait pas.

Le cas particulier de l’atome d’hydrogène

L’atome d’hydrogène (de configuration électronique 1s¹) peut :

soit gagner 1 électron et se transformer en ion hydrure H⁻ (configuration électronique en duet de l’hélium : 1s²) ;
soit perdre 1 électron et se transformer en ion hydrogène H⁺ (pas d’électron sur la couche de valence : 1s⁰).

b. Le schéma de Lewis des ions monoatomiques

Les ions monoatomiques possèdent tous une configuration électronique en duet ou en octet. Ils possèdent donc sur leur couche électronique de valence 2 ou 8 électrons, ce qui correspond à 1 ou 4 doublets électroniques (paquets de deux électrons).

Ces doublets sont représentés par des tirets placés à côté du symbole de l’atome.

Le tableau suivant donne le schéma de Lewis de quelques ions monoatomiques.

Ion	nitrure	chlorure	lithium	magnésium	hydrure	hydrogène
Formule	N³⁻	Cl⁻	Li⁺	Mg²⁺	H⁻	H⁺
Schéma de Lewis

L’ion hydrogène H⁺ possède une lacune électronique représentée par un rectangle.

Une lacune électronique correspond à un manque de deux électrons (doublet) sur la couche de valence.

2. Le schéma de Lewis d'un ion polyatomique

a. Schéma de Lewis des atomes et liaison chimique (rappel)

Dans un ion polyatomique, les atomes réalisent des liaisons chimiques en mettant chacun en commun 1 électron de leur couche électronique de valence.

Par ce partage d’électrons, ils obtiennent une configuration électronique de valence en duet ou en octet. Les atomes possèdent alors sur leur couche électronique de valence deux types de doublets électroniques (paquet de deux électrons) : les doublets liants des liaisons chimiques et les doublets non liants qui appartiennent uniquement à l’atome.

Le schéma de Lewis de l’atome utilise les conventions suivantes.

Le noyau et les couches électroniques internes sont représentés par le symbole de l’élément.
Les électrons de la couche externe sont représentés par un point (•) s’ils sont célibataires ou par un tiret (—) s’ils forment un doublet non liant.

Le tableau suivant donne le schéma de Lewis de quelques atomes.

Atome	Nombre d’électrons célibataires	Nombre de doublets non liants	Schéma de Lewis
Hydrogène	1	0
Carbone	4	0
Azote	3	1
Oxygène	2	2
Chlore	1	3

b. Le schéma de Lewis des ions polyatomiques

Dans un ion polyatomique, les atomes possèdent tous une configuration électronique en duet ou en octet. Ils ont donc sur leur couche électronique de valence 2 ou 8 électrons, ce qui correspond à 1 ou 4 doublets électroniques (paquets de deux électrons).

Ces doublets sont représentés par des tirets placés à côté du symbole de l’atome s’il s’agit de doublets non liants et des tirets entre les symboles des atomes s’il s’agit de doublets liants.

La liaison par covalence

Une liaison peut s’établir entre deux atomes qui possèdent chacun un électron célibataire : il s’agit d’une liaison par covalence.

Les deux électrons célibataires mis en commun constituent alors le doublet liant entre les deux atomes.

Exemple
La formation de l’ion hydroxyde OH⁻ est représentée par le schéma ci-dessous.

La liaison par coordinence

Une liaison peut s’établir entre un atome qui possède un doublet non liant et un autre qui possède une lacune électronique : il s’agit d’une liaison par coordinence.

Les deux électrons du doublet non liant mis en commun constituent alors le doublet liant entre les deux atomes.

Exemple
La formation de l’ion ammonium NH₄⁺ est représentée par le schéma ci-dessous.

Entre l’atome d’azote (doté d’un doublet non liant) et un des atomes d’hydrogène (qui comporte une lacune électronique), il s’effectue une liaison de coordinence.

Remarque
Une liaison de covalence correspond à la mise en commun d’un électron par chaque atome. Ces liaisons et les liaisons de coordinence sont en tout point identiques une fois réalisées.