Que siginifie la "VALENCE" des éléments?

Réponse du département Sciences & Techniques

Bonjour,

1. Le Tableau périodique des éléments : Définitions

Le tableau périodique des éléments est une manière d'organiser tous les éléments connus.
En effet, depuis la nuit des temps, les hommes ont essayé de connaître les éléments constitutifs de notre Terre. Or, bien qu'il existe de nombreux éléments connus de l'homme, les propriétés de beaucoup d'entre eux sont similaires. Ainsi, s'ils sont regroupés sur la base de leurs propriétés, il devient facile d'étudier et comparer leurs propriétés.
source : Wikijunior

Autrement dit, le tableau périodique des éléments, également appelé table de Mendeleïev, classification périodique des éléments ou simplement tableau périodique, représente tous les éléments chimiques, ordonnés par numéro atomique croissant et organisés en fonction de leur configuration électronique, laquelle sous-tend leurs propriétés chimiques.
La conception de ce tableau est généralement attribuée au chimiste russe Dmitri Mendeleïev, qui construisit en 1869 une table différente de celle qu'on utilise aujourd'hui mais similaire dans son principe, dont le grand intérêt était de proposer une classification systématique des éléments chimiques connus à l'époque en vue de souligner la périodicité de leurs propriétés chimiques, d'identifier les éléments qui restaient à découvrir, et même de pouvoir prédire les propriétés de ces éléments alors inconnus.
source : Wikipédia

La définition ci-dessus indique que tous les éléments chimiques, sont ordonnés par numéro atomique croissant et organisés en fonction de leur configuration électronique, laquelle sous-tend leurs propriétés chimiques.
Alors y-aurait-il un lien entre la configuration électronique et la valence ?

2. « géographie » du cortège d’électrons autour du noyau d’un atome

Nous supposons que vous savez déjà qu’un atome est constitué d’un noyau, lui-même constitué de protons (de charge électrique positive) et de neutrons (neutres électriquement) et d’un cortège d’électrons (de charge électrique négative).

La question qui se pose est la suivante : comment les électrons d’un atome sont-ils répartis autour du noyau ? Au début du XXe siècle, cette question a donné lieu à plusieurs théories successives. Il fallait aussi expliquer que les électrons de charge négative ne viennent pas s’écraser sur le noyau de charge positive… et qu’ainsi l’atome reste stable.

Le cortège électronique
C’est ainsi que l’on nomme l’ensemble des Z électrons qui entourent le noyau. On dit aussi qu’il forme un « nuage électronique ». Il paraît évident que plus un électron est proche d’un noyau, plus il est solidement lié à celui-ci, plus il est stable. A l’inverse, un électron éloigné du noyau pourra être arraché à celui-ci par une action extérieure modérée, sa stabilité est moindre. Les électrons étant en perpétuel mouvement, chacun occupe un espace qui ne peut être réduit à sa seule dimension. De ce fait, tous les électrons ne peuvent être au plus prêt du noyau dans une position de stabilité maximale.
Le modèle de l’atome admis depuis environ 80 ans – à l’élaboration duquel ont entre autres travaillé le danois Niels Bohr, l’autrichien Erwan Schrödinger, l’allemand Werner Heisenberg, le français Louis de Broglie, le suisse Wolfgang Pauli – organise l’espace autour du noyau en couches successives caractérisées par leur niveau d’énergie. […]
Pour désigner les différentes couches électroniques d’un atome, on utilise les lettres K, L, M…

Source : physiquereussite.fr

La dernière couche occupée par les électrons est dite couche externe ou couche périphérique. […]
Ce sont eux qui sont accessibles depuis l’extérieur et qui sont les moins retenus au noyau. De ce fait ils déterminent la réactivité chimique de l’atome.[…] Et ces électrons sont appelés électrons externes, ou électrons périphériques ou bien encore électrons de valence.
Source : Matière et énergie dans les systèmes : manuel de chimie-biochimie alimentaire

On définit ainsi la valence d'un élément, par le nombre d'électrons célibataires. Connaître la valence d'un élément permet de savoir comment il peut se lier.
Source : Cours de chimie et d'électricité : CAP coiffure CAP esthétique

3. Tableau périodique des éléments et Valence

Lorsque l’on classe les atomes par ordre atomique Z croissant, on constate une périodicité au niveau de la couche électronique externe. Si l’on place dans une même colonne les atomes ayant le même nombre d’électrons sur leur couche externe, l’ensemble se répartit sur 18 colonnes (dont 8 principales) et 7 lignes, chacune se terminant par un atome possédant 8 électrons sur sa couche externe.[…]
Source : Matière et énergie dans les systèmes : manuel de chimie-biochimie alimentaire

Graphiquement, on peut représenter les éléments en ne retenant que leur nombre de valence :

Source : Les électrons de valence par Science François Eduardo, projet scolaire canadien.

Dès 1871, Mendeleïev avait constaté une telle périodicité en observant les propriétés chimiques des éléments.
Les éléments d’une même colonne possédant des propriétés semblables. Ils sont classés en famille dont certaines portent un nom particulier.[…]
Les chercheurs ont postulé l’hypothèse que les atomes non chimiques stables (mais bien électriquement neutres) évoluent de manière à acquérir la couche externe du gaz rare (dernière colonne à droite du tableau) le plus proche dans la classification périodique. Ils gagnent ainsi en stabilité, en mettant en commun leurs électrons de la couche externe.
Ainsi l’atome d’azote (noté N) possède 5 électrons sur sa couche externe et cherchera à mettre en commun 3 électrons pour parvenir à remplir totalement sa couche externe, soient 8 électrons, tandis que l’Oxygène, placé juste à sa droite, avec donc un électron supplémentaire par rapport à l’azote, avec 6 électrons sur sa couche externe, mettra en commun 2 électrons pour parvenir à remplir totalement sa couche externe, soient 8 électrons.
Source :
Matière et énergie dans les systèmes : manuel de chimie-biochimie alimentaire

En conclusion, dans le tableau,
Source : Le Repaire des Sciences

Pour en savoir plus sur l'histoire du tableau périodique :