III Présentation de l Univers

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1 III Présentation de l Univers 3- L'élément chimique Exercices d'applications A- Entourer la (les) bonne(s) réponse(s) 1. Les éléments situés dans la 1 ère colonne de la classification : a) constituent la famille des halogènes b) ont des atomes avec un seul électron externe c) donnent facilement des cations 2. Les halogènes : a) sont situés dans la 18ème colonne de la classification b) ont des atomes avec six électrons externes c) donnent facilement des anions porteurs d'une charge élémentaire 3. L'hélium, le néon, l'argon : a) ont la même structure électronique externe b) existent sous forme diatomique c) ont une faible réactivité chimique B- Déterminer la charge d'un ion monoatomique Pour les atomes suivants : Be et S a) Ecrire les structures électroniques de ces atomes b) Pour être plus stables, ces atomes doivent-ils gagner ou perdre des électrons? Combien? Donner la formule de l'ion formé C- Appliquer les règles du duet et de l octet L étiquette d'un dentifrice contient les informations suivantes : «La formule fluorée aide vos dents à se recharger en fluor et en calcium. Ainsi, elle garantit à vos dents une meilleure protection contre les caries, et préserve jour après jour leur capital calcium. Contient un dérivé fluoré : fluorure de sodium, 0,32 %.» 1- Déterminer la structure électronique des atomes isolés de sodium et de fluor. 2- Déterminer les ions stables qu'ils peuvent former. 3- En déduire la formule du fluorure de sodium. 4- Le texte fait référence au fluor et au calcium. S'agit-il des atomes, des ions ou des éléments fluor et calcium? 5- À l'état naturel, l'élément calcium se trouve sous forme d'ions Ca 2+. Indiquer le nombre d'électrons qui composent cet ion. Est-il stable? 6- Exprimer la charge de l'ion calcium en fonction de la charge élémentaire. 7- Donner la formule du fluorure de calcium 8- Les atomes dont les noyaux sont représentés sont-ils isotopes? Justifier la réponse. Données : Na: Z = 11 ; F: Z = 9 ; Ca: Z = 20. D- Analyse du sol martien Le spectromètre rayons X à fluorescence des atterrisseurs Viking a permis d'obtenir pour la première fois la composition élémentaire du sol martien, dont on a ensuite déduit la nature des roches martiennes. Le sol de Mars est principalement composé d'oxydes de silicium (44 %) et d'oxydes de fer (17 %). Ils sont responsables de la couleur rouille caractéristique de la surface martienne. On trouve ensuite des oxydes d'aluminium (7%), de magnésium (6%), de calcium (6%) et une petite quantité de rutile, un oxyde de titane (0,5 %). Le soufre est également présent en quantité non négligeable sous la forme de sulfates. Le sulfate le plus abondant est le sulfate de magnésium.enfin, le sol contient du chlore et une quantité très faible de potassium. 1- Donner la structure électronique de l'oxygène : et de l'aluminium : 2- A quelles colonnes et lignes du tableau périodique appartiennent- ils? Justifier votre réponse. 3- L'élément oxygène forme un ion que l'on appelle oxyde. Donner son écriture symbolique. Justifier 4- Donner le symbole de l'ion aluminium. Justifier 5- En déduire la formule chimique de l'oxyde d'aluminium. Justifier 6- L'élément fer peut donner deux cations l'ion ferreux Fe 2+ et l'ion ferrique Fe 3+. Sachant qu'en présence de soude l'ion ferreux donne un précipité vert et l'ion ferrique un précipité rouille en déduire le cation fer présent sur le sol martien. En déduire la formule de l'oxyde de fer présent sur le sol martien. 7- A partir du texte ci-dessus, relever les éléments chimiques identifiés en gras qui appartiennent à la famille des alcalins et des halogènes

2 III Présentation de l Univers 3- L'élément chimique Exercices d'applications A- Entourer la (les) bonne(s) réponse(s) 1. Les éléments situés dans la 1 ère colonne de la classification : a) constituent la famille des halogènes b) ont des atomes avec un seul électron externe c) donnent facilement des cations 2. Les halogènes : a) sont situés dans la 18ème colonne de la classification b) ont des atomes avec six électrons externes c) donnent facilement des anions porteurs d'une charge élémentaire 3. L'hélium, le néon, l'argon : a) ont la même structure électronique externe b) existent sous forme diatomique c) ont une faible réactivité chimique B- Déterminer la charge d'un ion monoatomique Pour les atomes suivants : Be et S a) Ecrire les structures électroniques de ces atomes Be : (K) 2 (L) 2 S : (K) 2 (L) 8 (M) 6 b) Pour être plus stables, ces atomes doivent-ils gagner ou perdre des électrons? Combien? Donner la formule de l'ion formé Pour respecter la règle du duet le Be va perdre 2 électrons de sa couche externe pour adopter la configuration de He (K) 2 et donc devenir Be 2+ Pour respecter la règle de l octet le S va gagner 2 électrons de sa couche externe pour adopter la configuration du gaz rare le plus et donc devenir S 2- C- Appliquer les règles du duet et de l octet L étiquette d'un dentifrice contient les informations suivantes : «La formule fluorée aide vos dents à se recharger en fluor et en calcium. Ainsi, elle garantit à vos dents une meilleure protection contre les caries, et préserve jour après jour leur capital calcium. Contient un dérivé fluoré : fluorure de sodium, 0,32 %.» 1- Déterminer la structure électronique des atomes isolés de sodium et de fluor. Na : Z = 11 (K) 2 (L) 8 (M) 1 F : Z = 9 (K) 2 (L) 7 2- Déterminer les ions stables qu'ils peuvent former. Pour respecter la règle de l'octet et adopter la configuration du gaz rare le plus proche : Na peut perdre 1 électron et donner l'ion sodium Na + (K) 2 (L) 8 F peut gagner 1 électron et donner l'ion fluorure F - (K) 2 (L) 8 3- En déduire la formule du fluorure de sodium. NaF 4- Le texte fait référence au fluor et au calcium. S'agit-il des atomes, des ions ou des éléments fluor et calcium? Les éléments 5- À l'état naturel, l'élément calcium se trouve sous forme d'ions Ca 2+. Indiquer le nombre d'électrons qui composent cet ion. Est-il stable? L'atome de calcium possède 20 protons donc 20 électrons et l'ion calcium Ca 2+ : 20 2 = 18 électrons La structure électronique de l'ion calcium est (K) 2 (L) 8 (M) 8 ce qui correspond à la structure électronique de l'argon, donc cet ion est stable. 6- Exprimer la charge de l'ion calcium en fonction de la charge élémentaire. q Ca2+ = +2 e 7- Donner la formule du fluorure de calcium CaF 2 8- Les atomes dont les noyaux sont représentés sont-ils isotopes? Justifier la réponse. Des isotopes ont le même nombre de protons dans leur noyau (même Z) : les deux premiers éléments sont des isotopes. Données : Na: Z = 11 ; F: Z = 9 ; Ca: Z = 20.

3 Exercice 3 : Analyse du sol martien Le spectromètre rayons X à fluorescence des atterrisseurs Viking a permis d'obtenir pour la première fois la composition élémentaire du sol martien, dont on a ensuite déduit la nature des roches martiennes. Le sol de Mars est principalement composé d'oxydes de silicium (44 %) et d'oxydes de fer (17 %). Ils sont responsables de la couleur rouille caractéristique de la surface martienne. On trouve ensuite des oxydes d'aluminium (7%), de magnésium (6%), de calcium (6%) et une petite quantité de rutile, un oxyde de titane (0,5 %). Le soufre est également présent en quantité non négligeable sous la forme de sulfates. Le sulfate le plus abondant est le sulfate de magnésium.enfin, le sol contient du chlore et une quantité très faible de potassium. 1- Donner la structure électronique de l'oxygène : et de l'aluminium : 2- A quelles colonnes et lignes du tableau périodique appartiennent- ils? Justifier votre réponse. O : Z = 8 (K) 2 (L) 6 deuxième ligne car la couche externe est la couche L colonne n 16 ( 6 électrons sur la couche externe) Al : Z = 13 (K) 2 (L) 8 (M) 3 troisième ligne car la couche externe est la couche M colonne n 13 ( 3 électrons sur la couche externe) La colonne des gaz nobles est la n 18 et leur configuration est de 8 électrons sur la couche externe 3- L'élément oxygène forme un ion que l'on appelle oxyde. Donner son écriture symbolique. Justifier O : Z = 8 (K) 2 (L) 6 Pour satisfaire la règle de l'octet l'atome peut gagner 2 électrons et donner l'ion oxyde O 2- : (K) 2 (L) 8 4- Donner le symbole de l'ion aluminium. Justifier Al : Z = 13 (K) 2 (L) 8 (M) 3 Pour satisfaire la règle de l'octet l'atome peut perdre 3 électrons et donner l'ion aluminium Al 3+ : (K) 2 (L) 8 5- En déduire la formule chimique de l'oxyde d'aluminium. Justifier Un solide ionique est un composé neutre. L'oxyde d'aluminium est constitué des ions aluminium et oxydes dans les proportions suivantes : 2Al O 2- La formule de l'oxyde d'aluminium est Al 2 O 3 6- L'élément fer peut donner deux cations l'ion ferreux Fe 2+ et l'ion ferrique Fe 3+. Sachant qu'en présence de soude l'ion ferreux donne un précipité vert et l'ion ferrique un précipité rouille en déduire le cation fer présent sur le sol martien. En déduire la formule de l'oxyde de fer présent sur le sol martien. La couleur du sol martien est rouille, donc le cation fer présent est l'ion ferrique : Fe 3+ L'oxyde de fer est : Fe 2 O 3 7- A partir du texte ci dessus, relever les éléments chimiques identifiés en gras qui appartiennent à la famille des alcalins et des halogènes Les alcalin = 1 ère colonne du tableau périodique le potassium Les halogènes = avant dernière colonne du tableau le chlore

4 III Présentation de l Univers Révisions Exercice n 1 : Aujourd'hui, un extra-terrestre voit, en nous observant, des terriens en train de construire des pyramides. La construction se déroulant en l'an 2488 avant J-C. 1. Donner la définition de l'année de lumière. 2. Exprimer 1 al en km. Pour le calcul, on prendra v = 3, m.s Exprimer la distance qui sépare la Terre de l'extra-terrestre : a. en année de lumière b. en kilomètre. Exercice n 2 : Jean-Luc observe le ciel au coucher du Soleil. La Lune est déjà visible tandis que le Soleil passe lentement sous l horizon, il voit apparaître la planète Saturne, puis Véga, à la couleur bleutée, l étoile la plus brillante de la constellation de la Lyre. Enfin, il réussit à repérer la seule galaxie visible à l œil nu dans l hémisphère nord : M31 qui est en fait la galaxie d Andromède. Données : 1 a.l = 9, km 1UA = km R Terre = 6400 km 1. Classer les cinq objets célestes soulignés du plus proche au plus éloigné de la Terre et attribuer à chacun la distance qui les sépare de la Terre d 1 = 2,4x10 14 km d 2 = 3,84x10 8 m d 3 = 1 UA d 4 = 2,3x10 6 a.l d 5 = 1,3x10 12 m 2. Donner la définition de l'année de lumière (a.l) et de l unité astronomique (UA) 3. Déterminer en a.l et en UA la distance d 1 4. Le Soleil a un rayon R de 0,7 milliard de mètre et se trouve à une distance D = 150x10 6 km de la Terre a) Exprimer en écriture scientifique les valeurs de R et D b) Combien d ordre de grandeur sépare R et D? c) Sachant que la lumière du Soleil met 8 min et 20 s pour nous parvenir, calculer la vitesse de la lumière dans le vide. d) Supposons que le Soleil ait la taille d un ballon de diamètre 20 cm. Quel serait alors le diamètre de la Terre. Exercice n 3 : Le bromure de lithium et le chlorure de magnésium sont connus pour leur activité thérapeutique, ce sont des régulateurs de l humeur. 1. A quelle famille appartient l élément lithium? 2. Donner la structure électronique de sa couche externe 3. A quelle famille appartient l élément brome? 4. Donner la structure électronique de sa couche externe 5. Quels ions monoatomiques forment facilement ces atomes? 6. L élément magnésium (troisième période de la classification) conduit facilement à la formation d un ion Mg 2+. En déduire dans quelle colonne du Tableau Périodique se situe l élément magnésium. 7. L élément soufre (deuxième période) gagne deux électrons pour former l ion S 2-. Dans quelle colonne du Tableau Périodique se situe l élément soufre. 8. Donner la formule du sulfure de magnésium Exercice n 4 : Une émeraude et une aigue-marine ont en commun des ions issus des atomes d oxygène (O, Z = 8), d aluminium (Al, Z = 13) et de béryllium (Be, Z = 4) Ecrire la formule de ces ions.

5 Exercice n 1 : Aujourd'hui, un extra-terrestre voit, en nous observant, des terriens en train de construire des pyramides. La construction se déroulant en l'an 2488 avant J-C. 1. Donner la définition de l'année de lumière. L'année de lumière correspond à la distance parcourue par la lumière en une année. 2. Exprimer 1 al en km. Pour le calcul, on prendra v = 3, m.s -1. Calcul de 1 al = v t 1 an = 3, , = 9, m = 9, km 3. Exprimer la distance qui sépare la Terre de l'extra-terrestre : a. en année de lumière ; b. en kilomètre. La distance séparant la Terre de l'extra-terrestre est : a. D T-ET = = 4500 al. b. D T-ET = , = 4, km. Exercice n 2 : Jean-Luc observe le ciel au coucher du Soleil. La Lune est déjà visible tandis que le Soleil passe lentement sous l horizon, il voit apparaître la planète Saturne, puis Véga, à la couleur bleutée, l étoile la plus brillante de la constellation de la Lyre. Enfin, il réussit à repérer la seule galaxie visible à l œil nu dans l hémisphère nord : M31 qui est en fait la galaxie d Andromède. Données : 1 a.l = 9, km 1UA = km R Terre = 6400 km 1. Classer les cinq objets célestes soulignés du plus proche au plus éloigné de la Terre et attribuer à chacun la distance qui les sépare de la Terre d 1 = 2,4x10 14 km d 2 = 3,84x10 8 m d 3 = 1 UA d 4 = 2,3x10 6 a.l d 5 = 1,3x10 12 m Véga Lune Soleil Andromède Saturne Lune < Soleil <Saturne<Véga<Galaxie d Andromède 2. Donner la définition de l'année de lumière (a.l) et de l unité astronomique (UA) L année de lumière est la distance parcourue par la lumoière en 1 année (9, km) L Unité Astronomique est la distance moyenne Terre-Soleil (150X10 6 km) 3. Déterminer en a.l et en UA la distance d 1 d 1 = 2,4x10 14 km = 2,4x10 14 / 9,46x10 12 = 25,4 a.l d 1 = 2,4x10 14 km = 2,4x10 14 / 150x10 6 = 1,6x10 6 UA 4. Le Soleil a un rayon R de 0,7 milliard de mètre et se trouve à une distance D = 150x10 6 km de la Terre a) Exprimer en écriture scientifique les valeurs de R et D R = m D = 1, km = 1, m b) Combien d ordre de grandeur sépare R et D? R ordre de grandeur 10 9 m D ordre de grandeur m / 10 9 = 100 donc 2 ordres de grandeur les séparent c) Sachant que la lumière du Soleil met 8 min et 20 s pour nous parvenir, calculer la vitesse de la lumière dans le vide. t = 8 x = 500 s c = d / t (AN) c = 1, / 500 = km.s -1 d) Supposons que le Soleil ait la taille d un ballon de diamètre 20 cm. Quel serait alors le diamètre de la Terre. Si R Soleil = km correspond à d ballon = 20 cm alors R Terre = 6400 km correspond à x x = R Terre x d ballon / R Soleil = 0,18 cm 2 mm

6 Exercice n 3 : Le bromure de lithium et le chlorure de magnésium sont connus pour leur activité thérapeutique, ce sont des régulateurs de l humeur. 1. A quelle famille appartient l élément lithium? métaux alcalins (colonne 1) 2. Donner la structure électronique de sa couche externe (L) 1 3. A quelle famille appartient l élément brome? halogène (colonne 17) 4. Donner la structure électronique de sa couche externe (N) 7 5. Quels ions monoatomiques forment facilement ces atomes? Le lithium tend à perdre 1 électron pour adopter la configuration électronique de He donc Li + (règle duet) Le brome tend à gagner 1 électron pour adopter la configuration électronique de Kr donc Br - (règle octet) 6. L élément magnésium (troisième période de la classification) conduit facilement à la formation d un ion Mg 2+. En déduire dans quelle colonne du Tableau Périodique se situe l élément magnésium. Troisième période donc couche M Mg perd deux électrons pour former Mg 2+ : Mg 2+ (M) 0 Mg (M) 2 colonne 2 7. L élément soufre (deuxième période) gagne deux électrons pour former l ion S 2-. Dans quelle colonne du Tableau Périodique se situe l élément soufre. Deuxième période donc couche L S gagne deux électrons pour former S 2- : S 2- (L) 8 S (L) 6 colonne 18-2 = colonne Donner la formule du sulfure de magnésium MgS Exercice n 4 : Une émeraude et une aigue-marine ont en commun des ions issus des atomes d oxygène (O, Z = 8), d aluminium (Al, Z = 13) et de béryllium (Be, Z = 4) Ecrire la formule de ces ions. O (K) 2 (L) 6 O 2- Al (K) 2 (L) 8 (M) 3 Al 3+ Be (K) 2 (L) 2 Be 2+ BeO et Al 2 O 3