COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de 2nd Pro

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1 NOM et Prénom de l élève : COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de 2nd Pro ① ÉCHELLE DE LONGUEUR ② UN MODÈLE POUR L ATOME ③ RÉPARTITION EN COUCHES DES ÉLECTRONS ④ LES IONS : CATIONS ET ANIONS ⑤ LES MOLÉCULES OBJECTIFS DES ACTIVITÉS Situer la taille d un objet dans l univers et utiliser une unité pour mesurer les distances. Etre capable de donner la structure électronique d un atome. Connaître la formule de quelques ions pour savoir écrire la formule d un composé ionique. Identifier les atomes constituant la formule brute d une molécule. 1

2 Activité 1 1- Dimension dans l univers L infiniment petit : A l échelle microscopique, la matière est constituée d atomes. Dans la nature, les atomes sont le plus souvent regroupés en molécules. La structure de base de la matière vivante est la cellule. A l échelle humaine : Ce sont les dimensions qui nous entourent, elles s étalent de la taille d une fourmi à l étendue d un pays. L infiniment grand : Au delà des dimensions de la Terre nous allons vers l infiniment grand (Système solaire, galaxie). 2- Dimensions à l échelle humaine Unités kilomètre hectomètre décamètre mètre décimètre centimètre millimètre Préfixe km hm dam m dm cm mm Puissance de dix m 100 m 10 m 1 0,1 m 0,01 m 0,001 m 2

3 3- Dimensions de l infiniment grand et l infiniment petit Multiples du mètre Sousmultiples du mètre Préfixe Abréviation Puissance de dix Dimension Giga G 10 9 Gigamètre (milliard) Méga M 10 6 Mégamètre (million) Kilo K 10 3 Kilomètre (mille) 10 0 Mètre milli m 10-3 millimètre micro µ 10-6 micromètre nano n 10-9 nanomètre 4- Applications Exemple : Convertir les distances ci-dessous en mètres. Epaisseur d une vitre : 2 mm Taille d une fourmi : 1,2 cm Epaisseur d un cheveu : 40 µm 3

4 Rayon de la Terre : 6370 km Taille d un atome : 0,2 nm Taille d un stylo : 14 cm Taille d une cellule : 120 µm 4

5 PARTICULE Activité 2 1- Constitution de la matière Voici un dessin représentant la structure de la matière Soit les noms suivants : Atome ; Proton ; Neutron ; Noyau ; Electron. Attribuer à chaque numéro le nom qui lui correspond et compléter l arbre NOYAU ATOME CORTEGE ELECTRONIQUE 5

6 Un atome est formé d électrons en mouvement autour d un noyau chargé positivement. Un électron est une particule chargée négativement (notée : ). Et les protons situés dans le noyau portent des charges positives (notée : ). Dans un atome, il y a autant de protons que d électrons. On dit que l atome est électriquement neutre.. Dans un noyau deux particules sont présentes : les protons (noté : ) et les neutrons (noté : N) qui n ont aucune charge, ils sont donc neutres. 2- Diversité des atomes On compte aujourd hui une centaine de sortes d atomes répertoriés dans la classification périodique des éléments, appelée aussi tableau de Mendeleïv, du nom de son initiateur. Chaque atome ne diffère des ses voisins que par le nombre de charges positives contenues dans son noyau. En chimie un atome est représenté par un symbole chimique. Ce sont soit une lettre ou deux lettres. (La première est toujours une majuscule et la deuxième une minuscule). Exemples : Atome Symbole Atome Symbole Hydrogène Oxygène Azote H O N Carbone Cuivre Fer C Cu Fe 3- Numéro atomique (Z) et nombre de nucléons (A) Le nombre de protons est représenté par le numéro atomique, noté Z. Exemple : Le numéro atomique de l élément carbone est : protons?. Combien a-t-il de 6

7 Le nombre de nucléons, noté A, est égal à la somme des protons ( ) représenté par le numéro atomique (Z) et des neutrons (N) présents dans le noyau de l atome. A=Z+N alors le nombre de neutrons est égal a : N=A Z Exemple : L élément cuivre a pour numéro atomique ( ) et un nombre de nucléons (A = 63). Combien possède-t-il de protons ( ), d électrons ( ) et de neutrons (N). 4- Notation symbolique de l atome On représente l atome de la façon suivante : Exemple : Pour l élément cuivre sa représentation symbolique est : X : Représente le symbole de l élément. A : Le nombre de nucléons. Z : le numéro atomique. 5- Applications Exemple 1 : Le sodium est un métal, sa notation symbolique est la suivante : ① Quel est le symbole de l élément. ② Donner son numéro atomique (Z). ③ Quel est le nombre de nucléons (A) de cet atome. ④ Déterminer le nombre de protons ( ), électrons ( ) et neutrons (N) présent dans l atome de sodium. 7

8 Exemple 2 : Le fer métallique est un métal de couleur gris. Sa notation symbolique : 1 Quel est le symbole de l élément. 2 Donner son numéro atomique (Z). 3 Quel est le nombre de nucléons (A) de cet atome. 4 Déterminer le nombre de protons. 5 Combien a-t-il d électrons? Justifier la réponse. 6 Calculer le nombre de neutrons. Exemple 3 : L aluminium est un métal de couleur gris. Son symbole chimique est : Al. Il est utilisé en autre pour la fabrication des canettes de sodas. Cet atome possède 13 protons et 14 neutrons. 1 Combien a-t-il d électrons? Justifier la réponse. 2 Quel est son numéro atomique (Z)? 3 Calculer le nombre de nucléons (A). 4 Représenter cet atome d aluminium par sa notation symbolique. Exemple 4 : Le mercure est un métal liquide à température ambiante. Son symbole chimique est Hg. Cet atome possède 80 électrons, 80 protons et 120 neutrons. 1 Quel est son numéro atomique (Z)? 2 Calculer le nombre de nucléons (A). 3 Représenter l atome de mercure par sa notation symbolique. 8

9 Activité 3 1- Les couches électroniques Les électrons se répartissent autour du noyau dans des couches successives nommées «couches électroniques». Chaque couche est repérée par une lettre de l alphabet : K : pour la première couche L : pour la deuxième couche M : pour la troisième couche (Et ainsi de suite ) La couche K est la plus proche du noyau. 2- Structure électronique Dans chaque couche, il y a un nombre maximale d électrons possible. Si ce nombre est atteint on dit que la couche est saturée. Couche K L M Nombre maximale d électrons La répartition des électrons se nomme la structure électronique de l atome. La dernière couche de la structure électronique contenant des électrons est appelée la couche externe ou couche de valence. On remplit les couches dans l ordre suivant : K, puis la couche L et enfin la couche M. Les électrons remplissent progressivement les couches jusqu à saturation de chaque couche. Symbole Nombre d électrons Hydrogène H 1 Nombre d électrons de la couche K Nombre d électrons de la couche L Nombre d électrons de la couche M Répartition électronique Carbone C 6 Azote N 7 Oxygène O 8 Magnésium Mg 12 Chlore Cl 17 9

10 Activité 4 1- Illustration Excédent d une charge (+) CATION Atome électriquement neutre Excédent d une charge (-) ANION 2- Définitions Un atome qui perd un ou plusieurs électrons devient positif, c est un cation. Un atome qui gagne un ou plusieurs électrons devient négatif, c est un anion. Le nombre de charge est noté en exposant (en haut et à droite) dans la formule de l ion ; Il représente le nombre d électrons perdus (c est le cas pour les cations) ou gagnés (c est le cas pour les anions) d un atome. Exemples : L ion Fe 3+ (Cation) A perdu 3 électrons. L ion O 2- (Anion) A gagné 2 électrons. 10

11 3- Les ions monoatomiques Ils ne sont constitués que d un seul atome chargé positivement ou négativement. Sodium Cations monoatomiques Fer II Magnésium Aluminium Calcium Fer III Cuivre II Potassium Anions monoatomiques Oxyde Fluorure Chlorure Sulfure 4- Les ions polyatomiques Ce sont des groupes d atomes qui ont perdu ou gagné un ou plusieurs électrons. Cations polyatomiques Anions polyatomiques Phosphate Ammonium Nitrate Bicarbonate Carbonate Hydronium Sulfate Hydroxyde 5- Ecriture d un composé ionique Mode d emploi A partir du nom, je cherche la formule de chaque type d ions constituant le corps. J écris l un à côté de l autre, d abord la formule du cation ensuite la formule de l anion. Je détermine le nombre de cations et d anions qu il faut pour que les charges électriques s annulent. Illustration : Formule ionique du chlorure de sodium Na+ Cl - (Na+ + Cl -) (Neutralité électrique) Illustration : Formule ionique du chlorure de magnésium Mg2+ Cl - (Mg Cl -) (Neutralité électrique) 11

12 6- Application Nom du composé Formule du cation Formule de l anion Formule ionique Chlorure de potassium Fluorure de calcium Sulfate de cuivre II Chlorure d ammonium Sulfate de potassium Hydroxyde de fer II Chlorure d aluminium Oxyde d aluminium Carbonate de sodium 12

13 Activité 5 1- Activité : Représentation d une molécule Voici la représentation de la molécule de propane : (Boule noire : atome de carbone ; Boule blanche : atome d hydrogène) 1 Combien y a-t-il d atomes de carbone dans cette molécule? 2 Même question pour les atomes d hydrogène? 3 En connaissant le nombre d atomes de chaque espèce, écrire la formule brute de la molécule. 4 Comment appelle t-on le trait qui unit deux atomes entre eux? 2- Définition Une molécule est une association d atomes. C est donc un édifice chimique électriquement neutre. 3- La formule brute d une molécule La formule brute d une molécule indique la nature des atomes qui la constituent et le nombre de chacun de ces atomes. Ce nombre est précisé en indice, à droite du symbole des atomes. Exemple 1 : L éthanol de formule brute : C 2 H 6 O. Combien y a-t-il d atomes de chaque élément dans cette molécule? Exemple 2 : Donner la formule brute de l urée. (C : Noir ; H : Blanc ; O : Rouge ; N : Bleu) 13

14 propanol propane 4- La liaison covalente Une liaison covalente correspond à la mise en commun de deux électrons par deux atomes, chaque atome fournissant un électron. Elle est schématisée par un trait : 5- Modélisation des molécules Une molécule peut se représenter de plusieurs façons : - L image 3D - Formule brute - Formule développée - Formule semi développée - Formule topologique Image 3 D Formule brute Formule développée Formule semidéveloppée Formule topologique C 3 H 8 CH 3 CH 2 CH 3 C 3 H 8 O CH 3 CH 2 CH 2 - OH 14

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