EXERCICES L'ATOME. Table des matières

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1 Collège Voltaire / 1CH / Atome / EXERCICES L'ATOME Table des matières Série 1 1CH / Atome / Août Comprendre la notion d'atome et le cheminement historique jusqu'à cette notion...2 Comprendre et dessiner des modèles de l atome (Thomson, Rutherford et Schrödinger)...2 Comprendre la notion de modèle et les limites de celui-ci...2 Série 2 1CH / Atome / Septembre Avoir une idée de l'ordre de grandeur d'un atome...6 Calculer le nombre de particule (proton, électron et neutron) dans un atome...6 Comprendre les charges dans un atome et la masse d'un atome...6 Série 3 1CH / Atome / Septembre Comprendre le symbole de l atome et la notation des isotopes...9 Calculer le nombre de particule (proton, électron et neutron) d'un isotope...9 Comprendre la classification périodique en ligne et colonne des éléments...9 Série 4 1CH / Atome / Septembre Comprendre l'émission de lumière d'un atome dans une flamme...15 Comprendre la formation des ions à partir des atomes ( règle de l'octet)...15 Comprendre et dessiner le modèle de Bohr d'un atome ou d'un ion...15 Donner la représentation de Lewis (paire et célibataire) d'un atome ou d'un ion eleve/ volt1234

2 Série 1 1CH / Atome / Août 2016 Objectifs Comprendre la notion d'atome et le cheminement historique jusqu'à cette notion Comprendre et dessiner des modèles de l atome (Thomson, Rutherford, Bohr et Schrödinger). Comprendre la notion de modèle et les limites de celui-ci Ex.1. a) Comment imaginaient ils la composition de la matière : -les grecs ( avant J-C.)? - les alchimistes (au Moyen Âge)? - Lavoisier (en 1785) et Cavendish? b) Comment a-t-on classé les atomes? Quelle est le chimiste qui a eu cette idée? c) Ce chimiste a fait une hypothèse pour construire son classement. Laquelle? Y a -t-il eu confirmation de son hypothèse? d) Quelle fut la découverte principale de Marie Curie?

3 Ex.2. Expliquez l'expérience de Lavoisier et les conclusions de cette expérience à l'aide des illustrations ci-dessous. Début de l'expérience Fin de l'expérience Source: Ex.3. La découverte de l'existence des électrons conduit Thomson à proposer en 1898 un nouveau modèle de l'atome : les électrons, chargés négativement, sont en suspension dans une sphère de "gelée" chargée positivement. Thomson fera l analogie avec des raisins (électrons) dans un cake (la matière positive). Faites un dessin de l'atome selon Thomson.

4 Ex.4. En 1911, Rutherford fit une expérience qui releva les failles du modèle atomique de Thomson. a) Faites un schéma du dispositif de l expérience et mettez des légendes. b) Quelles conclusions peut-on tirer de cette expérience? Justifiez Pourquoi certaines particules alpha rebondissent-elles sur la très fine couche d'or? Proposez un modèle de l'atome en accord avec les observations de l'expérience de Rutherford. Ex.5. a) Proposez un modèle atomique qui vous semble le plus proche de la réalité. b) Pourquoi utilise-t-on le terme ''modèle'' lors de la représentation de l'atome?

5 Ex.6. Voici deux modèles représentant l atome, quel modèle est considéré actuellement comme le plus juste? (A) (B)

6 Série 2 1CH / Atome / Septembre 2016 Objectifs Avoir une idée de l'ordre de grandeur d'un atome Calculer le nombre de particule (proton, électron et neutron) dans un atome Comprendre les charges dans un atome et la masse d'un atome Ex.1. Ordre de grandeur Dans un verre d eau ( 2dL), Combien y a-t-il d atomes? Il y a atomes c'est-à-dire :.. atomes. Ex.2. Masse de l atome a) Dans un petit morceau de sucre de 5 g, on dénombre atomes, combien pèse environ un atome? b) Comment pourrait-on simplifier les calculs pour la suite et éviter les puissances de 10 pour calculer la masse d un atome? c) Les atomes étant très petits, il n est pas pratique d exprimer leurs masses en g ou en kg. Une nouvelle unité de masse est donc nécessaire, c est l unité de masse atomique désignée par l abréviation uma. Par définition : 1 uma = 1, g Complétez le tableau ci-dessous en donnant les masses en uma des particules constituant l atome Particules Masse en g Masse en uma fondamentales PROTON NEUTRON ELECTRON

7 Ex.3. a) l aluminium contient 13 protons, 14 neutrons et 13 électrons. Quelle sera sa masse approximative en uma? b) Les masses atomiques moyennes MA en uma de tous les éléments connus se trouvent dans le tableau périodique des éléments sous le symbole de l élément. Vérifier si la masse de l aluminium trouvée est bien égale à celle du tableau périodique. Ex.4. Résumé Comment calculer de manière approximative la masse d un atome en connaissant le nombre de protons, de neutrons et d électrons? Ex.5. Pourquoi peut-on dire que la masse d'un atome correspond à la somme des masses des protons et des neutrons alors que l'atome possède aussi des électrons? Ex.6. Donnez le nombre de protons et de neutrons pour le carbone. Donnez le nombre de protons et de neutrons pour le fluor.

8 Ex.7. La plus petite quantité d électricité ( Complétez le tableau ci-dessous. Particules fondamentales Charge en coulombs (C) C) est appelée charge élémentaire. Charge élémentaire (q) PROTON C.. NEUTRON 0 C.. ELECTRON C Les atomes ne sont pas chargés électriquement (la somme des charges est nulle). Que peut-on en déduire sur le nombre de particules fondamentales? Ex.8. Donnez le nombre de protons, de neutrons et d électrons du sodium (Na).

9 Série 3 1CH / Atome / Septembre 2016 Objectifs Comprendre le symbole de l atome et la notation des isotopes Calculer le nombre de particule (proton, électron et neutron) d'un isotope Comprendre la classification périodique en ligne et colonne des éléments Ex.1. a) Pour identifier un élément, que faut-il connaître? b) Comment sont classés les éléments dans le tableau périodique? c) A chaque élément est attribué un symbole constitué d'une ou de deux lettres. Si le symbole possède deux lettres, la seconde est toujours une minuscule. Parmi ces symboles : Ne Hg CO Co Or lesquels ne sont pas des symboles d atomes dans le tableau périodique? Ex.2. Dans la liste suivante, barrez ceux qui ne sont pas des éléments : plomb ; verre ; eau ; carbone ; air ; laiton ; cuivre ; papier ; fluor ;étain ; bronze ; hélium ; feu ; plastique ; arsenic ; acier ; fer

10 Ex.3. Donnez les symboles des éléments présents dans un téléphone mobile (voir ci-dessous) : Ex.4. Complétez le tableau suivant en se basant sur l isotope principal : n o m b r e Élément symbole de protons d'électrons de neutrons Sodium Au

11 Ex.5. Complétez : Symbole des isotopes... Représentation des particules fondamentales des atomes Nombre de neutrons Nombre de protons 1 Nombre d électrons 1.. différents. différents Ex.6. Donnez les symboles des isotopes suivants et nommez-les : chlore avec 20 neutrons : chlore avec 18 neutrons :

12 Ex.7. a) Complétez le tableau : Symbole des isotopes carbone 12 :... carbone 13 :. carbone 14 : Représentation des isotopes du carbone Nombre de neutrons Nombre de protons Masse 12,00 uma 13,00 uma Présent en infime Abondance naturelle relative en % : 98,9 % 1,1 % quantité, utile pour la datation au carbone 14 b) Pourquoi la masse atomique moyenne d un carbone à l état naturel est de uma au lieu de 12 uma? c) En arrondissant la masse atomique MA, on obtient le nombre de masse A. Il correspond au nombre de protons et de neutrons contenus dans le noyau de quel isotope? Ex.8. Quel est l atome qui possède dix particules en tout?

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14 Ex.9. Indiquez par une croix les propositions exactes et corrigez les propositions fausses: un atome est formé de particules identiques un atome possède autant de protons que de neutrons un atome possède autant de protons que d'électrons un atome possède autant d'électrons que de neutrons un atome possédant deux neutrons s'appelle le xyrium un élément est formé d'atomes qui sont tous identiques un élément est formé d'atomes ayant même Z mais différents A un élément regroupe les isotopes ayant le même nombre de protons Le numéro atomique d'un élément équivaut à son nombre de neutrons le nombre de masse n'a pas de symbole (si faux, lequel?) le fer possède 14 neutrons le numéro atomique du cobalt est 27 Voir le quiz sur le site : login : eleve Mot de passe : volt1234 Ex.10. Indiquez le nombre de protons et de neutrons présents dans le noyau de chacun des atomes ci-dessous : nb de protons = 65 Pu 29Cu nb de neutrons = nb de protons = 60 He 27Co nb de neutrons = nb de protons = 52 24Cr nb de neutrons = nb de protons = 54 24Cr nb de neutrons = nb de protons = nb de neutrons = nb de protons = nb de neutrons =

15 Ex.11. Datation au carbone 14 On admet que la concentration de carbone 14 dans l atmosphère a toujours été constante au cours du temps. Les organismes vivants ingèrent durant leur existence du carbone et en particulier du carbone 14. À la mort, un organisme aura une concentration de carbone 14 constante, et dès la mort, la concentration de carbone 14 commencera à décroître, diminuant de moitié toutes les 5568 années. Elle permet de remonter à environ ans (voir graphique ci-dessus), pourquoi cette datation ne permet pas de remonter plus loin?

16 Série 4 1CH / Atome / Septembre 2016 Objectifs Comprendre l'émission de lumière d'un atome dans une flamme Comprendre la formation des ions à partir des atomes ( règle de l'octet) Comprendre et dessiner le modèle de Bohr d'un atome ou d'un ion Donner la représentation de Lewis (paire et célibataire) d'un atome ou d'un ion Ex.1. Le chlorure de strontium et de cuivre sont mis dans la flamme, observez la lumière émise. Bohr a décrit le processus par lequel un électron peut "sauter" d'une orbite inférieure à une orbite supérieure, de niveau énergétique plus élevé. Lorsqu'il retourne sur son orbitale d'origine, de niveau énergétique inférieur, l'électron émet un rayonnement lumineux correspondant à la différence d'énergie entre les deux niveaux. Selon les différences d énergie, il y aura émission et donc coloration différente de la flamme. Entre le cuivre et le strontium, quel est l atome qui émet le rayonnement le plus énergétique? Complétez le tableau : Classement des rayons dans l ordre décroissant d énergie: bleu vert jaune rouge chlorure de strontium chlorure de cuivre Couleur de la flamme Croquis des niveaux d énergie

17 Ex.2. Voici le modèle de Bohr d'un atome : a) Que représentent les différents points sur le modèle ci-dessus? b) Quel est l atome représenté ci-dessus? c) Les mots suivants sont souvent utilisés dans ce modèle : couche interne, couche externe, paire, célibataire. Que représentent ces mots sur le modèle? d) Comment les électrons remplissent-ils les couches électroniques? Trouvez les règles. (1) (2) (3)

18 e) Remplissez les couches électroniques en respectant les règles d occupation des orbitales du modèle de Bohr. I ( c) II ( c) III ( c) IV ( c) V ( p c) VI ( p c) VII ( p c) VIII (.p) 1 ère rangée Hydrogène Hélium 2 ème rangée Lithium Béryllium Bore Carbone Azote Oxygène Fluor Néon 3 ème rangée Sodium Magnésium Aluminium Silicium Phosphore Soufre Chlore Argon Complétez : - Les numéros (chiffre romain) des colonnes verticales du tableau périodique indiquent. - La répartition des électrons externes en paires et célibataires est identique pour. -Le numéro de la rangée nous donne une indication sur..

19 Ex.3. Donnez la représentation de Lewis des atomes du tableau ci-dessous : Hydrogène Hélium Lithium Béryllium Bore Carbone Azote Oxygène Fluor Néon Sodium Magnésium Aluminium Silicium Phosphore Soufre Chlore Argon Ex.4. Un atome a un numéro atomique de 33. Combien a-t-il de protons Combien a-t-il de neutrons? Combien a-t-il d électrons en tout? Ex.5. Combien a-t-il d électrons externes? Comment sont-ils répartis? Complétez le tableau suivant : Elément Na Al N O Cl He Ne Nombre total d électrons Nombre d électrons externes Nombre d électrons célibataires Nombre de paires d électrons (couche externe)

20 Ex.6. Des électrons (les plus éloignés du noyau) peuvent être arrachés de la couche externe de certains atomes, car ils sont les moins attirés par le noyau. Complétez les modèles de Bohr, les représentations de Lewis et le calcul de la charge ci-dessous : L atome perd un ou (des) électron(s) Atome de magnésium Modèle de Bohr Cation magnésium Modèle de Bohr perd 2 électrons Représentation de Lewis Représentation de Lewis Somme des charges Somme des charges. (nombre de protons :.). (nombre de protons :.). (nombre d électrons :.)... (nombre d électrons :.) L atome gagne un ou (des) électron(s) Atome de fluor Modèle de Bohr Anion fluor Modèle de Bohr gagne 1 électron Représentation de Lewis Représentation de Lewis Somme des charges. (nombre de protons :.). (nombre d électrons :.) Somme des charges. (nombre de protons :.)... (nombre d électrons :.) Lorsque la répartition des électrons ressemble à celle d un gaz rare (couche externe pleine), certains ions sont particulièrement stables,. Que pouvez-vous observer avec les ions ci-dessus? Se transforment-ils en gaz rare?

21 Ex.7. a) L atome de baryum perd 2 électrons, donnez le nombre de protons et d électrons. Donnez la charge de l ion formé et expliquez. b) Soit l anion S 2- Combien a-t-il de protons? de neutrons? d électrons en tout? d électrons externes? c) L atome de chlore gagne 1 électron, donnez le nombre de protons et d électrons. Donnez la charge de l ion formé et expliquez. Dessinez la représentation de Lewis de l atome de chlore et de l ion formé. Pourquoi cet ion se forme assez facilement? Ex.8. Complétez le tableau suivant : Symbole des ions ou éléments Be ++ Ar Br - K + C O 2- Nombre total d électrons Nombre d électrons externes Ex.9. Un atome a perdu 3 électrons externes et a une masse environ 3 fois plus grande que le béryllium. Donnez le symbole de l ion formé après la perte des électrons.

22 Ex.10. Voici le modèle de Bohr d un cation avec deux charges élémentaires : Quel ion se cache derrière ce modèle? Ex.11. L électron a une charge négative et le proton du noyau a une charge positive. On pourrait penser que les électrons vont s effondrer sur les protons du noyau de l atome à cause de la force d attraction électrostatique. Comment Bohr a-t-il justifié son modèle où les électrons tournent autour du noyau sans s approcher du noyau?