L atome et les éléments

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1 STE Questions 1 à 38, A à C. Verdict 1 QU EST-CE QUE L ATOME? (p. 6-17) 1. Pourquoi est-il utile d utiliser un modèle pour représenter l atome? Parce que l atome est trop petit pour qu on puisse l examiner directement. 2. Observez les deux photos ci-dessous. A B a) Quelle photo représente un modèle dans lequel la matière peut être divisée à l infini? Expliquez votre réponse. C est la photo du verre d eau, puisque l eau semble lisse. b) Quelle photo représente un modèle dans lequel la matière ne peut pas être divisée à l infini? Expliquez votre réponse. C est la photo du contenant de sable, puisque les grains de sable représentent les atomes. La matière peut être divisée en petites particules indivisibles. 3. Voici une représentation d une molécule d eau (H 2 O). Cette représentation respecte-t-elle les énoncés du modèle atomique de Dalton? Expliquez votre réponse. Non, cette représentation ne représente pas une molécule d eau correctement selon le modèle atomique de Dalton. Selon Dalton, les atomes d éléments différents ont des masses et des dimensions différentes. Les atomes d hydrogène devraient donc être différents de l atome d oxygène. 1

2 4. Quelle conclusion Thomson a-t-il tirée de chacune des observations suivantes? a) Les rayons cathodiques font tourner un moulinet inséré à l intérieur du tube. Les rayons sont constitués de particules de matière. b) Les rayons sont identiques peu importe la nature du métal utilisé pour fabriquer la cathode. Les rayons sont les mêmes pour tous les éléments. c) Les rayons cathodiques sont attirés vers la borne positive d un champ électrique. Les rayons cathodiques sont négatifs. 5. Quels types de rayons furent utilisés par Rutherford pour effectuer ses recherches sur la structure de l atome? Des rayons alpha. 6. Observez l illustration ci-dessous. Chacune des lettres correspond à une observation faite par Rutherford. Décrivez-la et associez à chacune d elles une conclusion de Rutherford. A C B A : Ce rayon n est pas dévié. Rutherford en conclut que l atome est essentiellement fait de vide. B : Ce rayon est fortement dévié. Rutherford en conclut que l atome contient un noyau très dense et très petit. C : Ce rayon est repoussé. Rutherford en conclut que le noyau de l atome est positif. 7. Quelle particule chargée positivement trouve-t-on dans le noyau? Le proton. 8. Les feux d artifice nous émerveillent avec leurs couleurs éclatantes. Chacune d elles est obtenue par la combustion d une substance spécifique. Par exemple, le chlorure de potassium produit une flamme violette et le chlorure de sodium, une flamme jaune orangée. Quelle théorie proposée par Bohr permet d expliquer ce phénomène? Lorsqu un atome reçoit de l énergie, ses électrons sont excités. Ils ont alors la possibilité de sauter sur un niveau d énergie supérieur pour un court laps de temps. Lorsqu ils reviennent à leur niveau d énergie d origine, ils transmettent le surplus d énergie accumulée sous forme de lumière d une couleur spécifique. 2

3 9. Associez une caractéristique du modèle atomique de Rutherford-Bohr à chacun des énoncés ci-dessous. a) L atome comporte autant de protons que d électrons. L atome est électriquement neutre. b) Les rayons alpha traversent facilement une mince feuille d or. L atome est fait essentiellement de vide. c) Les rayons alpha sont fortement repoussés par le noyau. Le noyau de l atome est petit, massif et positif. d) Un gaz chauffé émet de la lumière selon des longueurs d ondes précises. Les électrons sautent sur un niveau d énergie supérieur lorsqu ils reçoivent de l énergie, puis la restituent sous forme de lumière. 10. Quelle est l utilité du neutron dans l atome? Il contribue à retenir ensemble les protons dans le noyau. 11. Quelles particules de l atome contribuent principalement à sa masse? Le proton et le neutron. 12. Quelle est la particule la plus légère de l atome? C est l électron. 2 LA CLASSIFICATION PERIODIQUE DES ELEMENTS (p ) 13. Où se situent les non-métaux dans le tableau périodique? Ils se situent tous à droite de l escalier, sauf l hydrogène. 14. Qu ont en commun les éléments d une même famille? Ils ont tous le même nombre d électrons de valence, ce qui leur procure des propriétés chimiques semblables. 15. L hydrogène est un non-métal. Pourtant, il est placé dans la même colonne que les métaux alcalins. Pourquoi? Parce que l hydrogène a un seul électron de valence, comme les métaux alcalins. 16. Comment s appellent les éléments de la deuxième colonne du tableau périodique? Qu ont-ils en commun? Les alcalino-terreux. Ils ont tous deux électrons de valence. 3

4 17. Sur le modèle atomique suivant, quelle lettre représente un électron de valence? Expliquez votre réponse. C est la lettre «D», puisque cet électron se trouve sur la dernière couche électronique. 18. Qu ont en commun les éléments d une même période? Ils ont le même nombre de couches électroniques sur leurs atomes. 19. Le rayon atomique est une propriété périodique des éléments. Expliquez comment le rayon atomique varie au sein d une période. L attraction entre les protons et les électrons augmente au sein d une période, ce qui fait diminuer le rayon atomique. 20. Comment le point de fusion varie-t-il au sein d une période? Tracez un diagramme du point de fusion en fonction du numéro atomique pour expliquer votre réponse. Servez-vous des données de l annexe 1 du manuel pour construire votre diagramme sur la feuille quadrillée à la fin de ce document. Le point de fusion augmente graduellement au début de la période. Il diminue ensuite brusquement pour les non-métaux. 21. Le tableau de l annexe 1 présente l énergie de première ionisation des éléments du tableau périodique. a) Comment cette propriété varie-t-elle au sein d une période? L énergie de première ionisation augmente au sein d une période. b) Comment cette propriété varie-t-elle au sein d une famille? L énergie diminue au sein d une famille. 4

5 22. Que représente le numéro atomique d un élément? Il représente le nombre de protons présents dans le noyau d un atome. 23. Qu est-ce que la masse atomique relative d un élément? C est la masse d un atome établie par comparaison avec l élément de référence qu est le carbone Un atome d argon possède 18 protons et son nombre de masse est 40. Combien de neutrons comporte-t-il? 22 neutrons (40 18 = 22). 25. Un atome possède 25 protons, 25 électrons et 27 neutrons. Quelle est sa masse, en unités de masse atomique? Donnez votre réponse à l unité près et expliquez-la. Sa masse atomique est d environ 52 u. Seuls les protons et les neutrons participent au calcul de la masse. Les électrons, qui sont beaucoup plus légers que les protons et les neutrons, peuvent être négligés dans ce calcul. 26. Parmi les éléments ci-dessous, lesquels sont les isotopes du même élément? Expliquez votre réponse B, C, G sont les isotopes du même élément parce qu ils ont le même numéro atomique, mais des nombres de masse différents. 27. Laquelle de ces représentations est impossible? Expliquez votre réponse A est impossible car le nombre de masse est toujours supérieur au numéro atomique. 5

6 3 LA REPRÉSENTATION DES ATOMES (p ) 28. Quelle est l utilité de la notation de Lewis? La notation de Lewis permet d illustrer uniquement les électrons de valence d un atome. 29. Indiquez si chacun des atomes ci-dessous respecte la notation de Lewis. Si ce n est pas le cas, expliquez pourquoi. a) Magnésium Il est correctement illustré. b) Argon Il n est pas correctement illustré, puisqu il montre tous les électrons et pas seulement les électrons de valence, comme le veut le modèle. c) Chlore Il est correctement illustré. 30. Représentez les atomes suivants à l aide de la notation de Lewis. a) b) c) Aluminium Iode Baryum 31. Indiquez si chacun des atomes ci-dessous respecte le modèle atomique de Rutherford-Bohr. Si ce n est pas le cas, expliquez pourquoi. a) Calcium Oui, il respecte le modèle atomique de Rutherford-Bohr. b) Non, il ne respecte pas le modèle atomique de Rutherford-Bohr. Les protons doivent être dans le noyau et les électrons, autour du noyau. Néon 6

7 c) Non, il ne respecte pas le modèle atomique de Rutherford-Bohr. Un atome doit avoir le même nombre de protons et d électrons. Chlore d) Oui, il respecte le modèle atomique de Rutherford-Bohr. Lithium 32. Indiquez si chacun des atomes suivants respecte le modèle atomique simplifié. Si ce n est pas le cas, expliquez pourquoi. a) Non, il ne respecte pas le modèle atomique simplifié. Dans ce modèle, on devrait indiquer le nombre de neutrons présents dans le noyau. Sodium b) c) Soufre Aluminium Oui, il respecte le modèle atomique simplifié. Non, il ne respecte pas le modèle atomique simplifié. Les neutrons devraient être dans le noyau et les électrons, autour du noyau. d) Non, il ne respecte pas le modèle atomique simplifié. Il devrait y avoir Hélium autant d électrons que de protons. 7

8 33. Dessinez l atome de fluor selon le modèle atomique simplifié. 4 LA NOTION DE MOLE (p ) 34. Combien y a-t-il de moles dans chacun des échantillons de matière ci-dessous? a) 12 g de carbone. 1 mol c) 80 g d argon. 2 mol b) 20 g de calcium. 0,5 mol d) 10 g de sodium. 0,43 mol 35. Quelle est la masse molaire de chacune des molécules suivantes? a) LiBr 6,94 g/mol + 19,90 g/mol = 86,84 g/mol b) CO 2 12,01 g/mol + (16,00 g/mol 2) = 44,01 g/mol c) H 2 SO 4 (1,01 g/mol 2) + 32,07 g/mol + (16,00 g/mol 4) = 98,09 g/mol d) Mg(NO 3 ) 2 24,31 g/mol + (14,01 g/mol + 16,00 g/mol 3) 2 = 148,33 g/mol 36. Un échantillon de matière contenant 0,25 mol pèse 10 g. a) Quelle est la masse molaire de cette substance? m 10 g M = = N 0,25 mol b) Quel élément possède la même masse molaire? L argon. = 40 g/mol 37. Quelle est la masse (en g) de 6, atomes d or? 6, atomes d or représentent une mole, donc une masse de 196,97 g. 38. Combien y a-t-il de particules dans un échantillon de matière qui contient trois moles de particules? 3 6, = 1, particules. 8

9 QUESTIONS SYNTHESES A. La réactivité chimique des éléments dépend de leur capacité à donner leurs électrons de valence. Le métal le plus réactif du tableau périodique est le francium. À l aide du modèle atomique de Rutherford-Bohr, expliquez pourquoi. Comme tous les alcalins, le francium ne possède qu un seul électron de valence. Il a donc naturellement tendance à donner cet électron pour ressembler au gaz noble situé le plus près de lui dans le tableau périodique, soit le radon. De plus, le francium possède sept couches électroniques. Son unique électron de valence est donc situé très loin du noyau et est moins bien retenu par ce dernier que l électron de valence des autres alcalins. C est pourquoi il réagit si facilement avec les autres éléments. B. Différents modèles de l atome ont été proposés au fil du temps. Les modifications d un modèle à l autre ont permis de refléter les résultats des plus récentes découvertes. Toutefois, dans certains contextes, un modèle plus ancien peut être suffisant. Dans cette optique, quel modèle est le plus pertinent pour expliquer chacun des phénomènes suivants : le modèle de Dalton, le modèle de Thomson, le modèle de Rutherford-Bohr ou le modèle atomique simplifié? a) Les écrans à rayons cathodiques fonctionnent à l aide des rayons émis par la cathode d un tube à décharge électrique. Le modèle de Thomson. b) La combustion du magnésium émet une lumière vive. C est pourquoi on l utilisait autrefois dans les flashs d appareils photographiques. Le modèle de Rutherford-Bohr. c) Lors d une réaction nucléaire, il y a souvent émission de neutrons. Le modèle atomique simplifié. d) Lorsqu on frotte un ballon sur sa tête, des électrons sont arrachés. C est ce qu on appelle l «électricité statique». Le modèle de Thompson. e) Le fer se combine à l oxygène dans une proportion de 2:3 pour former la rouille (Fe 2 O 3 ). Le modèle de Dalton. f) L atome est essentiellement constitué de vide. Le modèle de Rutherford-Bohr. 9

10 g) La masse atomique de l hélium est de 4 u. Le modèle atomique simplifié. C. Préparez votre propre résumé du chapitre 1 en construisant un réseau de concepts. Voir la section «Réseaux de concepts» du guide B. Diagnostic 1. L Amazonie n est pas le seul endroit où la contamination au mercure sévit. On en relève des concentrations relativement élevées dans les sites d enfouissement du Québec. Nommez trois objets de votre entourage susceptibles de contenir du mercure. Expliquez vos réponses. Réponses variables. Exemple. Les ampoules fluocompactes parce qu on retrouve le symbole Hg sur leur emballage ou sur l ampoule elle-même ; les piles parce qu on en parle dans le manuel, à la page 20 ; les anciens thermomètres au mercure. 2. Le mercure est un métal lourd. À l aide des modèles atomiques et du tableau périodique des éléments, expliquez pourquoi il appartient à cette catégorie d éléments. Réponses variables. Exemple. La masse atomique du mercure est de 220,59 u. On peut donc voir que sa masse atomique est relativement élevée comparativement à l or, par exemple. De plus, son numéro atomique est 80 et il fait partie de la 6 e période, ce qui signifie qu il possède 6 couches électroniques et que son noyau comporte 80 protons. 10

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