ATOME, ION, MOLECULE CLASSIFICATION PERIODIQUE. cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 1

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1 ATOME, ION, MOLECULE CLASSIFICATION PERIODIQUE cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 1

2 But de ce cours : - acquérir des notions fondamentales de chimie - élargir la connaissance et la compréhension des éléments constitutifs du vivant - avoir les éléments requis pour appréhender d autres sciences : biologie, médecine, etc et pour lesquelles la chimie constitue un carrefour Ex : - le fonctionnement du cerveau phénomènes chimiques - Respiration échanges gazeux chimie - Médicaments molécules chimie cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 2

3 Plan A Introduction : la matière B L atome C La classification périodique D Les ions E Les molécules cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 3

4 A INTRODUCTION : LA MATIERE 1) Présentation / Définition La matière : peut têtre fragmentée Ex 1 : solide poudre solide poudre Roche de sel cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR Sel en poudre 4

5 Ex 2 gouttelettes Liquide cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 5

6 est donc formée d un dun agglomérat de particules non divisibles atomes Atome (du grec atomos, indivisible ), particule, constituant essentiel de la matière caractéristique d'un élément chimique. L'étymologie grecque du mot atome souligne le caractère indivisible de cette particule fondamentale Mais latome l atome n est nest pas la plus petite particule qui puisse exister. toute substance vivante (corps humain) ou inerte (eau, seringue, ) est constituée à partir d atomes cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 6

7 L association des atomes en molécules permet d expliquer que des millions de substances différentes peuvent se former à partir d une centaine de types d éléments chimiques pour constituer la matière cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 7

8 2 Les états de la matière La matière peut exister sous 3 états différents correspondant chacun à des ordres différents : a) solide état ordonné (forme, volume) particules ne bougent pas : forces de cohésion ex 1 : la glace ex 2 : le sel de cuisine : NaCl cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 8

9 b) liquide état désordonné (forme, volume) agitation des particules ex : l eau liquide c) gaz état très désordonné (pas de forme) mouvement continuel des particules pas de forces de cohésion ex : la vapeur d eau cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 9

10 3 Les principaux changements d états de la matière Liquide vaporisation Ex : eau liquide id vapeur d eau Gaz Fusion Ex : glace eau liquide) id solidification eau liquide glaceid l Solide cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 10

11 Plan A Introduction : la matière B L atome C La classification périodique D Les ions E Les molécules cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 11

12 B- L ATOME 1) Structure L atome est constitué de particules fondamentales m Description des particules de l atome (10-10 m) Noyau (10-15 m) est constitué de nucléons : N neutrons : qui n ont pas de charge (0) Z protons : qui ont chacun une charge +1 masse d 1 neutron est à peu près égale à la masse d 1 proton cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 12

13 Z électrons qui gravitent autour du noyau sur des orbites électroniques charge -1 masse : 1 électron pèse environ 2000 fois moins qu un proton Les électrons sont toujours en mouvement autour du noyau : pas de trajectoire définie Orbites électroniques Nuage électronique Bilan des charges : un atome est une entité neutre Z charges / Z charges + cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 13

14 2) Nucléide / Symbolisation a) Nucléide Un type d atome datome est représenté par X (appelé nucléide et représentant un élément chimique). Ex : Si l élément chimique est l oxygène (O), alors X = O le potassium (K), alors X = K X est caractérisé par un couple de valeurs : A : nombre de masse (nombre de nucléons) A = Z(protons) + N(neutrons) Z = numéro atomique = nombre de protons cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 14

15 b) Symbolisation Les éléments chimiques sont représentés en général par une ou deux lettres qui font référence au nom de l élément : Ex : H Hydrogène O Oxygène Zn Zinc Na Natrium (Sodium) K Kalium (potassium) N Nitrogen (azote) Cl Cloride (Chlore) cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 15

16 Ex 1 : X = F : fluor ; Z = 9 soit 9 protons (donc 9 électrons car atome neutre) A = 19 avec A = N+Z donc : N = A - Z=19-9 = 9 neutrons Ex 2 : X = Na : sodium ; Z = 11 soit 11 protons (donc 11 électrons car atome neutre) A = 23 donc : N = A - Z=23-11 = 12 neutrons cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 16

17 3) Elément chimique Un élément chimique rassemble un type d atome ayant le même nombre de protons donc Z identique Ex : élément carbone : 6 C élément chlore : 17 Cl élément calcium : 20 Ca cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 17

18 Remarques et définitions : a un corps simple est constitué d un seul type d élément chimique : Ex : Li : lithium O 2 : dioxygène (respiré) Cu : cuivre b un corps composé est constitué par des éléments chimiques différents : Ex : H 2 O (eau) : 2 hydrogènes et 1 oxygène CHCl 3 (chloroforme) : 1 hydrogène 1 carbone 3 chlore cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 18

19 4) Isotopes Les isotopes sont les nucléides d un même élément chimique qui possèdent : Z protons identiques Zél électrons A différents donc N différents Cortège simplifié des électrons Noyau Z protons N neutrons cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 19

20 Ex1 : les isotopes de l hydrogène H Z=1 N = 0 A = Z + N = 1 Z=1 N = 1 A = Z + N = 2 Z=1 N = 2 A = Z + N = 3 Hydrogène «normal» Deutérium Tritium cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 20

21 Ex2 Z A N = A - Z 1-6 = = = 8 Remarque : pour un élément chimique donné, en général un des isotopes existe majoritairement : c est le plus stable L abondance de chacun des isotopes est l abondance isotopique naturelle (isotopes stables) Carbone 12 : 98,9% Carbone 13 : 1,1% 1% Carbone 14 instable cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 21

22 Remarque 1 : abondance isotopique Les abondances isotopiques sont des pourcentages exprimés en masse Ex : 75,5% 5% : 24,5% La somme des abondances = 100% (75,5 % + 24,5%) cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 22

23 Remarque 2 : les masses atomiques Masse réelle d un atome : valeur très faible ex : atome de soufre : 5,3 x kg Peu utiles Masse relative : atome de référence environ douze fois plus lourd que l atome d hydrogène le plus léger Donc : unité de masse atomique : uma u.m.a. Par définition : masse atomique de = 12 u.m.a. Atome de soufre : 32 u.m.a. cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 23

24 Plan A Introduction : la matière B L atome C La classification périodique D Les ions E Les molécules cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 24

25 C - Classification Périodique cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 25

26 1- Généralités Historiquement : Classification périodique de Mendeleïev établie par masse croissante Classification périodique actuelle : Z croissant (numéro atomique) 7 lignes appelées périodes 18 colonnes appelées familles cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 26

27 A chaque Z correspond une seule case donc un élément chimique et est repérée par : - un numéro de colonne - un numéro de période Classification périodique : Ville Période : rue Colonne : N de rue Elément chimique : habitant cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 27

28 Ex 1 H O Ca Z = 1 Période 1 / Colonne 1 Z= 8 Période 2 / Colonne 16 Z= 20 Période 4 / Colonne 2 cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 28

29 Ex 2 Na Kr a) Chercher lélément l élément correspondant à la case Z= 11 puis Z= 36 Z= 11 : colonne 1 / Période 3 Z= 36 : colonne 18 / Période 4 cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 29

30 Ex 3 C Cl Caractériser les éléments dont les numéros de ligne et de colonne sont (2, 14) ; (3, 17) Rappeler le nombre d électrons délectrons qui gravitent autour de ce noyau (2, 14) : Carbone : atome neutre donc nombre de protons = nombre d électrons délectrons = Z =6 (3, 17) : Cl : Chlore Z = 17 = nombre d électrons cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 30

31 2 - Apprendre les principaux éléments Période 1 H : Hydrogène d è He : Helium Période 2 Lithium / Beryllium / Bore / Carbone / N : Azote / Oxygène / Fluor / Neon Phrase mnémotechnique : Lili Berça ç Bébé Chez Notre Oncle Fernand Nector cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 31

32 Période 3 Na : sodium / Mg : Magnésium / Aluminium / Silicium Phosphore / Soufre / Cl : chlore / Argon Phrase mnémotechnique : Napoléon Mangea Allègrement Six Poulets Sans Claquer d Argent Période 4 Quelques éléments : K : Potassium / Calcium / Fer / Cuivre / Zn : Zinc cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 32

33 3 - Justification théorique de la classification périodique La gravitation des électrons autour du noyau ne se fait pas par hasard Couche K : 2e- max Couche L : 10e - max Couche M : 18e - max 1 Période = 1 couche remplie cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 33

34 Les colonnes ou familles Famille = propriétés chimiques similaires = nombre identique d électrons sur la couche externe cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 34

35 Ex : colonne 1 Li : Z = 3 2ème période Na : Z = 11 3ème période K : Z = 19 4ème période cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 35

36 4 Etude de quelques familles de la classification périodique ALCALINO-TERREUX HALOGENES A L C A L I N S Métaux de Transitions G A Z R A R E S cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 36

37 Plan A Introduction : la matière B L atome C La classification périodique D Les ions E Les molécules cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 37

38 D Les ions Mise en solution dans l eau Ci Cristal lde NaCl eau Cl - Na+ cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 38

39 Observation : Solution aqueuse de chlorure de sodium Eau pure (ou eau sucrée) Passage du courant électrique Conséquences Courant électrique ne passe pas La solution aqueuse de chlorure de sodium contient des particules chargées, mobiles, capables de conduire le courant électrique LES IONS cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 39

40 Considérons la solution de chlorure de sodium : 2 types d ions Na + et Cl les ions positifs : cations a ) Na + Ion positif : cation : c est un atome qui a perdu 1 e- Na Na + + e - La charge + correspond à la perte d 1 électron La charge est placée en haut et à droite en exposant cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 40

41 Ex Mg Mg e- Le magnésium perd 2 e- donc charge 2+ ou ++ cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 41

42 b) Constitution de l ion Na + 1 e- + Atome neutre Na Ion Na + 11 e- 11 protons (+) 10 e- Bilan Na : Bilan Na + : 11 charges + 11 charges + 11 charges - 10 charges - Atome neutre 1 charge + cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 42

43 Ex Soit Mg : Z = 12 donc 12 protons Mg Mg e- Charges Charges (2 e- ont disparu) Bilan neutre 2 charges + Ion Mg 2+ cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 43

44 2 - les ions négatifs : anions a ) Cl - Ion négatif : anion : c est un atome qui a gagné 1 e- Cl + e - Cl - La charge - correspond au gain d 1 électron La charge est placée en haut et à droite en exposant cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 44

45 Ex O + 2 e- O 2- L oxygène gagne 2 e- donc charge 2- cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 45

46 b) Constitution de l ion Cl - +1 e- Atome neutre Cl Ion Cl - 17 e- 17 protons (+) 18 e- Bilan Cl : Bilan Cl - : 17 charges + 17 charges + 17 charges - 18 charges - Atome neutre 1 charge - cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 46

47 Ex Soit O : Z = 8 donc 8 protons O + 2 e- O 2- Charges Charges (2 e- ont été gagné) Bilan neutre 2 charges - Ion O 2- cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 47

48 Résumé Cation : atome perd des électrons Na 11 protons 11 électrons - 1e - Na + 11 protons 10 électrons Anion : gain d électrons + 2e - O 2- O O 2-8 protons 8 protons 8 électrons 10 électrons cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 48

49 3 Généralisation Un ion est un édifice chargé formé à partir d un ou plusieurs atomes Un ion formé à partir de plusieurs atomes est un ion polyatomique La charge porté par un ion polyatomique est la charge globale de l ion lion et non de l atome latome se trouvant à côté de la charge Symbole d un ion polyatomique A y B z n- D m E p n+ A et B : atomes quelconques y : nombre d atomes A z : nombre d atomes B n- : charge de l ion D et E : atomes quelconques m : nombre d atomes D p : nombre d atomes E n+ : charge de l ion cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 49

50 Ex : OH - = ion hydroxyle 1 atome O 1 atome H L ion polyatomique porte une charge -1 CO 2-3 = ion carbonate 1 atome C 3atomesO L ion polyatomique porte une charge -2 H 3 O + = ion hydronium 3atomesH 1 atome O L ion polyatomique porte une charge +1 cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 50

51 4 Les sels (ecahier.free.fr/documents3/formation_ions.ppt fr/documents3/formation ions ) Un sel est un édifice neutre constitué d ions autres que H + et OH - Ex : NaCl Ex : FeCl 3 Ex : CaCl 2 Ca 2+ cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 51

52 Ex : sels plus complexes Fe 2 (SO 4 ) Fe 3SO 4 (2Fe SO 2- SO ) SO 4 2-2x(+3) + 3 (-2) = 6-6 = 0 SO 2-4 Édifice neutre cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 52

53 Plan A Introduction : la matière B L atome C La classification périodique D Les ions E Les molécules cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 53

54 E- Les molécules 1 - Constitution a) Les molécules sont constituées d atomes Les molécules d un dun corps pur simple sont constituées d atomes tous identiques Ex Le dioxygène : O 2 Le diazote : N 2 Le diiode : I 2 cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 54

55 Les molécules d un dun corps pur composé sont constituées d atomes différents Ex H2 O : eau CO 2 : dioxyde de carbone (gaz carbonique) C 6 H 12 O 6 : glucose b) Les molécules sont des édifices neutres Molécules l constituées d atomes Atomes sont neutres Donc molécules neutres cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 55

56 2-Liaisons a) covalente Dans une molécule : -atomes liés entre eux F F Molécule de difluor - la liaison «covalente» résulte de la mise en commun de deux électrons périphériques appartenant à la couche de valence + F F F F cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 56

57 Plusieurs types de liaison covalente fonction du nombre d électrons mis en commun : - 2 e- en commun : liaison simple - 4 e- en commun : liaison double - 6 e- en commun : liaison triple Liaison covalente formée : couche de valence complète cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 57

58 Remarques Plus le nombre de paires d électrons partagées entre 2 atomes est grand plus la liaison covalente est forte : Liaison triple ( ) > liaison double (=) > Liaison simple(-) Liaison covalente : liaison chimique le plus souvent rencontrée dans les composés constituant le corps humain: Les liaisons covalentes ne se dissocient pas quand la molécule est dissoute dans l eau cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 58

59 Liaison covalente non polaire : 2 atomes partagent les électrons de manière égale : Ex : cas des liaisons entre 2 atomes identiques H 2, O 2, N 2, I 2 Liaison covalente polaire : partage des e- entre deux atomes de manière inégale : - 1 des atomes attire plus les électrons partagés que l autre - apparition de charges partielles sur les atomes ( ) cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 59

60 Atomes les plus électronégatifs N O F Atomes cédant les électrons : atomes peu électronégatifs Atomes attirant les électrons : atomes électronégatifs cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 60

61 Remarques : 1) les atomes les plus électronégatifs forment des anions 2) les atomes les moins électronégatifs forment des cations cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 61

62 b) Liaison hydrogène -Liaison entre un atome d hydrogène ( +) et des atomes très électronégatifs ( -) : N, O ou F -Liaison d attraction entre deux parties d une même molécule ou deux parties de deux molécules l différentes -Pas de partage d électrons délectrons -Liaisons faibles : ne peuvent pas former une molécule - Modifie les propriétés physiques d une molécule : -point de fusion : eau fond dà0 C sans liaisons i H : Tfus < -50 C point d ébullition : eau bout à 100 C sans liaisons H : Teb < -100 C cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 62

63 Ex : liaison H intermoléculaire Molécules d eau (H 2 O) Cristal de glace ADN cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 63

64 Ex : liaison H intramoléculaire aldéhyde salicylique Principe actif de l aspirine O C H H O cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 64

65 c) Liaison ionique Liaison i entre les ions Ions positifs et ions négatifs s attirent Liaison ionique : force d attraction qui maintient un système de cations et d anions Pasdemiseencommund électrons en délectrons Liaison souvent rompu lors de la mise en solution cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 65

66 Ex : NaCl : chlorure de sodium + 1e- + Na (11e-) Na + (10e-) - +1 e- Cl (17e-) Cl - (18e-) NaCl cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 66

67 3 Les radicaux libres C est un atome ou une molécule ou un ion chargé qui comporte un électron célibataire sur son niveau énergétique le plus externe. Electron célibataire i rend le radical libre : - instable - nocif pour le matériel environnant - énergétique - réactions en chaîne - agit en cédant son électron ou en acceptant un électron d un autre système moléculaire - interviennent i t dans beaucoup de maladie (Parkinson, cancer, ) cours I IFSI Dr Isabelle FORFAR 67

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