Définition restreinte : quantité de liaisons moléculaires d'un atome avec d'autres
atomes.
Exemples :
Dans FeCl, l'atome de fer est monovalent
(valence 1).
Dans FeO2, il est bivalent (deux liaisons, valence 2).
Dans FeH2O ou FeCl3, il est trivalent (valence
3).
Voir aussi, pour exemples, ferreux
et
ferrique.
Notons qu'un élément atomique peut établir avec un seul autre
de zéro à plusieurs liaisons. C'est lorsqu'il y a plusieurs liaisons que
l'on peut parler d'insaturation car l'une des liaisons peut être redirigée
vers un troisième atome sans que la liaison initiale soit détruite. Lire l'article
La saturation.
Au-delà, la valence désigne une propriété intrinsèque des atomes.
Un
atome a une valence qui définit un état de stabilité. Ce point est
explicité dans un passage de
Les dialogues de Dotapea, Chap. IV, Les orbitales.
La valence est fonction du remplissage de la
couche électronique externe des atomes, elle même déterminant le nombre de
liaisons possibles.
Cette sorte de cycle ou plutôt de période a été découverte il y a
environ un siècle.
A elle seule elle en dit beaucoup sur la stabilité des éléments et leur
capacité à s'associer. Cette capacité est relativement lisible sur la
table de Mendeleïev. Lire absolument un
passage de l'article consacré à cette table.
Enfin, évoquons la "bande de valence". Ce terme désigne ce à quoi on
pouvait s'attendre, à savoir la dernière couche électronique vraiment
propre à l'atome.
Il s'oppose (en quelque sorte) à la "bande de conduction" où les électrons circulent
librement. Entre les deux bandes, il existe un vide (la
"bande interdite" ou "gap
électronique") qui correspond à
l'énergie nécessaire pour faire passer un électron de la bande basse à la
bande haute. C'est l'énergie de transition de bandes.
Une bande interdite trop large empêche toute transition. On a alors
affaire à un isolant. Lorsqu'elle est plus
mince, un apport d'énergie peut permettre à un électron de sauter
jusqu'à la bande de conduction. Il s'agit alors d'un
semi-conducteur. Pour d'autres éléments, la présence d'électrons
dans la bande de conduction est une propriété pour ainsi dire naturelle
(sans apport extérieur d'énergie). Il s'agit des
conducteurs.
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[Parenthèse] Notons également que la bande dite interdite peut absolument
être temporairement occupée par un électron. C'est ce qui se produit dans
les phénomènes de photoluminescence.
Ce à quoi il faut ajouter qu'à cette échelle les phénomènes probabilistes
ne peuvent être négligés. Un électron n'a qu'une probabilité d'avoir une
énergie E à un instant T. Il peut même se retrouver d'un instant à l'autre
loin de l'atome dont il provient.
[Fin de la parenthèse]
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Mais on ne peut aborder ces questions sans évoquer une propriété des
corps nommée niveau de Fermi.
Il
existe plusieurs manières de définir celui-ci et le terme de "potentiel
chimique", fréquemment utilisé, n'éclaire guère la compréhension. On peut
aussi dire que ce niveau est l'énergie de Fermi
à une température de 0K, mais ce n'est pas plus clair ! On affirmera plutôt
que ce niveau représente l'énergie nécessaire à ce que le nuage
électronique ne s'effondre pas sur le noyau (de charge opposée donc
fortement attractif), même sans apport extérieur
(température complètement nulle, vide total). Cette sorte d'énergie
intrinsèque n'en est pas véritablement une, du moins ce n'est pas une
interaction à part mais la résultante d'une impossibilité quantique
associée aux fermions.
L'important dans le présent contexte est que ce niveau détermine si un
corps est isolant, conducteur ou semi-conducteur en fonction de sa
"hauteur" (quantifiée en électrons-volts eV) : s'il est situé dans la
bande interdite, il faut un apport extérieur d'énergie pour que les
électrons aient une chance de passer dans la bande de conduction. On est
donc ici dans le cas des semi-conducteurs et comme dit précédemment, dans
celui des isolants si la bande interdite est infranchissable.
Est semi-conducteur un corps dont l'énergie de Fermi (c'est-à-dire le
niveau de Fermi élevé par un apport énergétique) permet à au moins un
électron excité (par une température dite ambiante) d'atteindre la
bande de conduction.
Enfin, si le niveau de Fermi est situé dans la bande de conduction, on a
affaire à un conducteur : aucun apport extérieur n'est nécessaire à
l'électron pour atteindre la bande de conduction car même à 0K il dispose
de l'énergie (de Fermi) nécessaire.
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