Video Transcript
La figure représente un réseau d’atomes de silicium dans lequel on a ajouté un atome de phosphore. Un atome de phosphore possède cinq électrons de valence. Un atome de silicium possède quatre électrons de valence. Combien de liaisons covalentes l’atome de phosphore engage-t-il avec les atomes de silicium adjacents ? Combien y-a-t-il d’électrons libres supplémentaires avec l’ajout de l’atome de phosphore ? Quelle est la charge nette du phosphore après son ajout au réseau ?
Commençons par la question sur le nombre de liaisons covalentes engagées par l’atome de phosphore. Rappelons que dans un réseau de silicium, comme nous le voyons ici, chaque atome de silicium engage généralement une liaison covalente avec chacun des quatre atomes voisins. Par exemple, cet atome de silicium ici engage une, deux, trois, quatre liaisons covalentes avec les quatre atomes adjacents. Chaque atome de silicium possède ses propres électrons de valence. Et avec ces quatre liaisons covalentes, chaque atome de silicium possède huit électrons et complète ainsi sa couche électronique externe. On retrouve le même phénomène de partage d’électrons lorsque l’atome de phosphore est ajouté au réseau de silicium.
Sur la figure, nous pouvons voir que le phosphore possède huit électrons sur sa couche externe, qui est donc complète. Et de même qu’avec un atome de silicium, il y a quatre paires d’électrons qui sont partagés avec les quatre atomes de silicium adjacents. Chaque paire d’électrons partagée constitue une liaison covalente. L’atome de phosphore engage donc quatre liaisons covalentes avec les atomes de silicium adjacents. Maintenant, réfléchissons au nombre d’électrons libres ajoutés dans le réseau.
Nous savons que l’atome de phosphore a apporté cinq électrons de valence. Nous savons également que le phosphore engage quatre liaisons covalentes avec les atomes de silicium voisins, ce qui permet de remplir sa couche externe avec quatre électrons supplémentaires. Rappelons que cette couche externe ne peut contenir que huit électrons. Donc, seuls quatre des cinq électrons de valence apportés par le phosphore peuvent rester sur la couche externe une fois que les liaisons covalentes sont formées. Il reste donc un électron apporté par l’atome de phosphore qui n’a pas de place sur la couche externe. Cet électron devient alors un électron libre dans le réseau. Donc, lorsque l’atome de phosphore est ajouté, il y a un électron libre supplémentaire dans le réseau.
Enfin, quelle est la charge nette de l’atome de phosphore maintenant ? Alors, nous savons que le phosphore a été ajouté au réseau avec cinq électrons de valence, ce qui signifie qu’il était neutre ou n’avait aucune charge nette. Mais une fois ajouté au réseau de silicium, nous savons que l’un de ses électrons est maintenant un électron libre, ce qui signifie qu’il n’est plus lié à l’atome de phosphore. Comme le phosphore a perdu un électron qui a une charge relative négative, le phosphore est maintenant un ion chargé positivement avec une charge nette positive.
