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1 Univers TP 5A TP Couches électroniques et règles du duet et de l octet Capacités exigibles : - Dénombrer les électrons de la couche externe - Connaître et appliquer les règles du duet et de l octet pour rendre compte des charges des ions monoatomiques usuels 1 Comment ranger les électrons dans un atome? 1. Dessiner, sans souci d échelle, en légendant : - l atome de lithium (Li : Z = ) qui contient protons, - l ion fluorure (F : Z = 9) qui contient 9 protons, neutrons et électrons. 10 neutrons et 10 électrons. Pour expliquer certaines propriétés chimiques, les scientifiques ont proposé un modèle de répartition des électrons autour du noyau de l atome : ces électrons se rangent sur ce qu'on appelle des couches électroniques. Règles de remplissage pour tous les atomes de moins de 18 électrons : 1/ il existe couches électroniques appelées K, L et M. 2/ chaque couche électronique ne peut contenir qu'un nombre limité d'électrons : 2 pour la couche K, 8 pour la couche L et 18 pour la couche M. / Les électrons se répartissent dans des couches électroniques selon un ordre précis : d'abord la couche K, puis la couche L et enfin la couche M. Un électron ne peut être dans une couche électronique que si les couches précédents sont pleines. Exemple : Un atome possédant 1 électrons verra 2 de ses électrons sur la couche K, 8 sur la couche L et sur la couche M. On note cette répartition, appelée structure électronique, (K) 2 (L) 8 (M). 2. Dessiner de nouveau, en utilisant le modèle des couches électroniques : - l atome de lithium qui contient protons, - l ion fluorure qui contient 9 protons, neutrons et électrons. 10 neutrons et 10 électrons.. Donner la structure électronique de cet atome et de cet ion. (K)... (L) Vérifier vos dessins en utilisant l animation «Construire un atome» du site PhET (voir page suivante).

2 2 Pourquoi certains atomes se transforment en ions stables et pourquoi d autres ne donnent jamais d ions? L'hélium (Z = 2), le néon (Z = 10) et l'argon (Z = 18), à température et pression courantes, sont des gaz constitués d'atomes individuels. On les appelle les gaz nobles (ou gaz rares). Les atomes de ces gaz ne s'associent pas en molécules, on dit qu'ils sont chimiquement stables, c'est-à-dire qu'ils ne réagissent pas avec d'autres espèces chimiques et ne donnent jamais d'ions. Construire un atome Couleurs des tubes utilisés pour les enseignes lumineuses. 4. Donner la structure électronique de ces gaz nobles : He : Ne : Ar : 5. Que veut dire le chimiste lorsqu'il dit que la structure (ou couche) externe du néon et de l'argon est en octet et que celle de l'hélium est en duet? Pour gagner en stabilité chimique, beaucoup d atomes cherchent à devenir des ions. Voici un tableau regroupant quelques élement chimiques courants et les ions monoatomiques chimiquement stables correspondants. nom de l'élément Z A atome ion chimiquement stable symbole structure élec. Symbole et nom strcuture élec. Lithium 6 + Li : ion lithium Fluor F : ion fluorure Sodium Na : ion sodium Magnésium Mg : ion magnésium Soufre S : ion sulfure Chlore Cl : ion chlorure 6. Compléter le tableau. 7. Quel est le point commun aux structures électroniques de tous les ions chimiquement stables? 8. Enoncer une règle reliant la structure électronique externe et la stabilité des ions. Remarque : cette règle a été établie en 1904 par le chimiste américain G. Lewis ( ) pour justifier que, dans la nature, certains ions existent et d autres non.

3 CORRIGE TPc6 Quelle est la constitution d'un atome ou d'un ion? Réfléchissons avant de commencer... Symbole de l'élément lithium : Li. Taille moyenne d'un atome : m = 0,1 nm ou 1 Angström Les 2 éléments principaux constituant un atome sont le noyau et les électrons. Taille moyenne d'un noyau : m. Sur une feuille A4, on peut dessiner un cercle de 10 cm de rayon environ, ce qui représente la périphérie de l'atome. Avec cette échelle, on a : 10 cm m? m La taille du noyau sur la feuille sera donc de 10x10-15 /10-10 = 10-4 cm soit 1 μm. Ce n'est pas possible, même un point au stylo est plus gros. Les 2 types de particules constituant le noyau sont les neutrons et les protons. On les appelle les nucléons. Ils ont la même masse mais le neutron n'est pas chargé alors que le proton est chargé. Constitution du noyau de chacun de ces atomes de lithium : "lithium 6" : protons et neutrons. "lithium 7" : protons et 4 neutrons. "lithium 8" : protons et 5 neutrons. Ces noyaux sont différents par leur nombre de neutrons mais pas par leur nombre de protons. Deux noyaux appartiennent au même élément chimique s'ils ont le même nombre de protons. numéro atomique Z : c'est le nombre de protons du noyau. nombre de masse A : c'est le nombre de nucléons (protons + neutrons). Symbole d'un noyau : A Z X, soit pour les atomes de lithium : Li, Li, Li. Comment les électrons se rangent-ils dans l'atome? Structure électronique d'un atome de lithium : (K) 2 (L) 1. L'atome dont la structure électronique est donnée en exemple des règles possède 2+8+ = 1 électrons. Puisque l'atome est électriquement neutre, il y a aussi 1 protons. Il s'agit de l'aluminium. Atome de soufre : Z = 16 donc 16 électrons. Structure électronique : (K) 2 (L) 8 (M) 6. En quoi un ion diffère-t-il de l'atome? Un ion est un atome auquel on a enlevé ou ajouté un ou plusieurs électrons. Un cation correspond à un atome qui a perdu des électrons, il est donc chargé positivement. Un anion correspond à un atome qui a perdu des électrons, il est donc chargé négativement. En utilisant l'animation "atomes et ions", représenter, dans différentes fenêtres web, les différents atomes de lithium rencontrés dans la partie précédente. Faire vérifier par le professeur. ion lithium stable : Li + : (K) 2.

4 Pourquoi certains atomes se transforment en ions monoatomiques stables? Pourquoi certains atomes ne donnent jamais d ions? Symbole et structure électronique des atomes des gaz nobles : Hélium (Z = 2) : He : (K) 2 Néon (Z = 10) : Ne : (K) 2 (L) 8 Argon (Z = 18) : Ar : (K) 2 (L) 8 (M) 8. "octo" : huit et "duo" : deux. La structure externe du néon et de l'argon est en octet, c'est-à-dire que la couche électronique externe contient 8 électrons ; celle de l'hélium, en duet, en contient 2. atome ion nom de l'élément Z A symbole structure élec. Symbole et nom strcuture élec. Lithium 6 Li (K) 2 (L) 1 + Li : ion lithium (K) 2 Fluor 9 19 F (K) 2 (L) 7 - F : ion fluorure (K) 2 (L) 8 Sodium 11 2 Na (K) 2 (L) 8 (M) 1 + Na : ion sodium (K) 2 (L) 8 Magnésium Mg (K) 2 (L) 8 (M) 2 2+ Mg : ion magnésium (K) 2 (L) 8 Soufre 16 4 S (K) 2 (L) 8 (M) 6 2- S : ion sulfure (K) 2 (L) 8 (M) 8 Chlore 17 5 Cl (K) 2 (L) 8 (M) 7 - Cl : ion chlorure (K) 2 (L) 8 (M) 8 Tous les ions chimiquement stables ont une structure en octet (couches L/M) ou en duet (couche K). Un ion est chimiquement stable si sa couche externe est en octet (couches L/M) ou en duet (couche K). Aluminium : Z = 1 : (K) 2 (L) 8 (M). Il y a deux possibilités : ajouter 5 électrons pour faire (K) 2 (L) 8 (M) 8 ou enlever électrons pour faire (K) 2 (L) 8 ; on choisit la 2ème solution, donc (K) 2 (L) 8 : ion aluminium Al +. En utilisant l'animation "atomes et ions", vérifier la validité des structures électroniques proposées pour les ions fluorure, sodium et magnésium (vérifier que la couche externe est bien "saturée"). Conclusions Conclusion-bilan : un atome est constitué d'un noyau (protons+neutrons) autour duquel tournent des électrons. L'atome, électriquement neutre, possède autant de protons dans son noyau que d'électrons autour. Les électrons se rangent sur des couches électroniques. Les ions stables chimiquement sont ceux qui ont leur couche externe remplie (octet ou duet).

5 MATERIEL TPc6 Quelle est la constitution d'un atome ou d'un ion? SALLE ordi

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