En chimie, le niveau d’énergie principal d’un électron fait référence à la coquille ou à l’orbite dans laquelle l’électron est situé par rapport au noyau de l’atome. Ce niveau est noté par le nombre quantique principal « n ». Le premier élément d’une période du tableau périodique introduit un nouveau niveau d’énergie principal.
Le niveau d’énergie et le modèle atomique
Le concept des niveaux d’énergie est une partie du modèle atomique qui est basé sur une analyse mathématique des spectres atomiques. Chaque électron dans un atome a une signature énergétique qui est déterminée par sa relation avec les autres électrons chargés négativement dans l’atome et le noyau atomique chargé positivement. Un électron peut changer les niveaux d’énergie, mais seulement par étapes ou par quanta, et non par incréments continus.
Plus le niveau d’énergie s’éloigne du noyau, plus il augmente en puissance. Plus le niveau d’énergie principal est faible, plus les électrons sont proches les uns des autres et du noyau de l’atome. Lors de réactions chimiques, il est plus difficile d’éliminer un électron d’un niveau d’énergie inférieur que d’un niveau supérieur.
Les règles des principaux niveaux d’énergie
Un niveau d’énergie principal peut contenir jusqu’à 2n2 électrons, n étant le nombre de chaque niveau. Le premier niveau d’énergie peut contenir 2 (1)2 ou 2 électrons ; le second peut contenir jusqu’à 2 (2)2 ou 8 électrons ; le troisième peut contenir jusqu’à 2 (3)2 ou 18 électrons, etc.
Le premier niveau d’énergie principal a un sous-niveau qui contient une orbite, appelée orbitale « s ». L’orbitale s peut contenir un maximum de deux électrons.
Le niveau d’énergie principal suivant contient une orbitale s et trois orbitales p. L’ensemble de trois orbitales p peut contenir jusqu’à six électrons. Ainsi, le deuxième niveau d’énergie principal peut contenir jusqu’à huit électrons, deux dans l’orbitale s et six dans l’orbitale p.
Le troisième niveau d’énergie principal a une orbitale s, trois orbitales p, et cinq orbitales d, qui peuvent contenir chacune jusqu’à 10 électrons. Ceci permet un maximum de 18 électrons.
Le quatrième niveau et les niveaux supérieurs ont un sous-niveau f en plus des orbites s, p et d. Le sous-niveau f contient sept orbites qui peuvent contenir chacune jusqu’à 14 électrons. Le nombre total d’électrons dans le quatrième niveau d’énergie principal est de 32.
La notation des électrons
La notation utilisée pour indiquer le type de niveau d’énergie et le nombre d’électrons dans ce niveau a un coefficient pour le numéro du niveau d’énergie principal, une lettre pour le sous-niveau et un exposant pour le nombre d’électrons situés dans ce sous-niveau. Par exemple, la notation 4p2 indique le quatrième niveau d’énergie principal, le sous-niveau p, et la présence de deux électrons dans le sous-niveau p.
L’écriture du nombre d’électrons dans tous les niveaux d’énergie et sous-niveaux d’un atome produit la configuration électronique de l’atome.