Chapitre C02. La structure de la matière. Nom de l atome Symbole Modèle H 2 O

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1 Chapitre C02. La structure de la matière I. Structure de la matière (rappel de 4 ème ) A. Les atomes. Les molécules sont formées d atomes. Les atomes sont représentés par un symbole. Nom de l atome Symbole Modèle Hydrogène H Oxygène O Carbone C Azote N B. Les molécules. Les molécules sont des groupes d'atomes liés entre eux. On représente une molécule par une formule et un modèle moléculaire. Ex : l eau a pour formule H 2 O. H 2 O 1 atome d'oxygène O 2 atomes d'hydrogène H Remarque : on n écrit pas le chiffre 1 dans les formules chimiques. Il est sousentendu lorsque rien n est précisé. (Ex : H 2 O (1) contient un atome d oxygène)

2 C. Quelques exemples de molécules. Réalise les différentes molécules à l aide des modèles moléculaires. Complète le tableau. Nom de la molécule Formule Composition Modèle moléculaire Dihydrogène H 2 2 atomes d'hydrogène H Dioxygène O 2 2 atomes d'oxygène O Eau H 2 O 2 atomes d'hydrogène H 1 atome d'oxygène O Dioxyde de carbone CO 2 1 atome de carbone C 2 atomes d'oxygène O Méthane CH 4 1 atome de carbone C 4 atomes d'hydrogène H Diazote N 2 2 atomes d'azote N

3 II. La structure de l'atome A. Activité documentaire. DE L ANTIQUITÉ À NOS JOURS : COMMENT EST CONSTITUÉE LA MATIÈRE? Activité documentaire : lire le texte et répondre aux questions. L ATOME : UN MODÈLE POUR COMPRENDRE LA CHIMIE. Dès 420 avant JC, Démocrite (philosophe grec) a l intuition de l existence des atomes et invente leur nom («atomos» en grec qui signifie insécable). Aristote (philosophe grec) conteste cette existence et son prestige est tel qu il faut attendre le début du XIX ème siècle pour que cette idée reprenne vie. En 1805, John Dalton annonce au monde l existence des atomes : sphère simple indivisible, comme une boule de billard. En 1881, J. J.Thomson découvre l un des composants de l atome. Il s agit de particules élémentaires négatives appelées en 1891 électrons. Au début du XX ème siècle, l ambition des physiciens est de proposer un modèle de l atome en précisant la répartition de la charge électrique à l intérieur de celuici. En 1904, Thomson partant de l idée que l atome est électriquement neutre, pense qu il doit contenir des charges positives qui doivent compenser les charges négatives des électrons. Il suppose que la charge positive est répartie dans un petit volume (qui peut avoir la forme d une sphère) et qu elle est parsemée d électrons (pudding de Thomson). En 1910 Rutherford bombarde différents échantillons de matière (cuivre, or, argent) avec des particules et il déduit de son expérience que la charge positive doit occuper un tout petit volume qu il appelle «noyau». Après «un petit calcul» il trouve que la majorité de la masse de l atome est concentrée dans un noyau minuscule. Les dimensions du noyau sont de l ordre de m ( fois moins que les dimensions de l atome) et sa charge totale est un multiple entier de la charge de l électron ( au signe près ). Rutherford pense alors au modèle planétaire pour décrire un atome. En effet la masse du système solaire est essentiellement concentrée dans le Soleil, tout comme celle de l atome est concentrée dans le noyau. Il propose donc comme modèle un tout petit noyau chargé positivement et comportant l essentiel de la masse de l atome, autour duquel les électrons décrivent des orbites. Depuis, d autres modèles plus complexes ont permis d expliquer de nombreux autres phénomènes. Le modèle actuel de l atome est l aboutissement d une longue histoire au cours de laquelle les représentations qu on s en fait ont profondément évolué. Nous retiendrons pour la classe de troisième un modèle simple constitué d un noyau autour duquel gravitent des électrons qui forment un nuage électronique. Il est nécessaire d élaborer un modèle pour pouvoir expliquer différents phénomènes et en prévoir les conséquences. Cellesci, soumises à l expérience, permettent de valider le modèle, de l améliorer ou de le rejeter. Cependant, il n est pas toujours nécessaire d utiliser le modèle le plus complexe pour expliquer de façon simple un certain nombre d observations. Il suffit de bien en connaître les limites. Texte construit à partir de Sciences et Avenir de décembre 1994, Sciences et Vie Junior d octobre 1998, Electrons et Atomes (Thèmes Vuibert) et des documents d accompagnement. Questions 1 Parmi les différents savants qui ont participé à l élaboration du modèle atomique, relever ceux qui sont cités dans le texte depuis le début du XIX ème siècle. Les scientifiques à retenir sont : John DALTON, J.J. THOMSON et RUTHERFORD

4 2 Le modèle de J. J. Thomson. Quel est le constituant de l atome découvert par J. J. Thomson? Le constituant de l'atome qu'il a découvert est l'électron (symbole e) Cette particule portetelle une charge? Cette particule porte une charge négative. Quel est le modèle proposé par J. J. Thomson? Essaye de le dessiner. Modèle de Thomson : l'atome est modélisé comme une substance pleine, électriquement positive, truffée d'électrons, particules chargées négativement. «pâte» chargée positivement électrons 3 Le modèle de Rutherford. Que déduit Rutherford de son expérience? Rutherford déduit de son expérience que la charge positive de l'atome doit être répartie dans un tout petit volume, appelé le noyau. Que trouvetil après «un petit calcul» concernant : la masse de l atome comparée à celle du noyau? La majorité de la masse de l'atome est concentrée dans le noyau. les dimensions de l atome comparées à celle du noyau? Le noyau est fois plus petit que l'atome, de l'ordre de m le nombre de particules positives du noyau par rapport au nombre d électrons? Il y a autant de charges positives dans le noyau, que d'électrons. Pourquoi peuton dire que la matière est constituée essentiellement de vide? (Utiliser les réponses précédentes). La matière est constituée essentiellement de vide car il y a un grand espace vide entre le noyau de l'atome et les électrons qui gravitent autour, comme les planètes autour du Soleil : c'est une structure lacunaire.

5 Quel est le modèle proposé par Rutherford? Essaye de le dessiner. Modèle de Rutherford : l'atome est modélisé par un noyau central électriquement positif autour duquel tournent des électrons, particules négatives. Electrons Noyau Conclusion : La matière est formée d atomes, dont les dimensions sont très petites. Nous utiliserons le modèle planétaire de Rutherford : Un atome est composé d'un noyau chargé positivement, autour duquel gravitent des électrons chargés négativement. La matière possède une structure lacunaire car il existe un grand espace vide entre le noyau est les électrons. B. La charge de l'atome. Il existe une centaine de noyaux différents, dont 90 sont naturels, caractérisés par le nombre de charges qu ils portent, noté Z et appelé numéro atomique. L ensemble des atomes connus est classé dans un tableau, donné par Mendeleïev, appelé classification périodique des éléments. (voir document joint) Règle à retenir : Dans un atome, il y a toujours autant de charges positives que de charges négatives : on dit que l atome est électriquement neutre.

6 Exemple : le numéro atomique de l'aluminium Al vaut : (regarder sur votre classification périodique) Z = 13 Numéro atomique 13Al aluminium électron 13 + noyau L'atome d'aluminium possède 13 charges positives dans son noyau, il y aura donc 13 électrons (e) dans le nuage électronique autour du noyau, car il doit être électriquement neutre. Conclusion : Un atome est constitué d un noyau chargé positivement et d'électrons chargés négativement. Un atome possède toujours autant d'électrons que de charges positives dans son noyau car il est toujours électriquement neutre. Je dois savoir Chapitre C 02 que la matière est électriquement neutre et qu elle est constituée d atomes ; représenter un atome selon le modèle planétaire de Rutherford ; comparer les ordres de grandeur des dimensions de l atome et du noyau ; que l'atome possède une structure lacunaire ; qu un atome est électriquement neutre : il y a autant de charges positives dans son noyau que d'électrons chargés négativement autour du noyau.

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