Chapitre SA5: Que sont les atomes, les isotopes et les ions?

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1 Chapitre SA5: Que sont les atomes, les isotopes et les ions?

2 Intro: Une courte histoire de l atome -> Visualisez les 2 animations «modèles de l atome» et «expérience de Rutherford» afin de compléter le texte à trous. Le mot atome vient du grec atomos,qui signifie insécable. La première idée de l'atome vient du philosophe grec... ( av J.C.), qui avance l'idée que la matière est constituée de corpuscules identiques...

3 Le concept d'atome fut réactualisé au XIXè siècle par John Dalton, mais ce n'est qu'en 1897 qu'il commença à prendre forme, avec la découverte par le physicien... ( ) de... Il proposa alors le modèle de l'atome dit du «...».

4 Puis, en 1911,... et ses étudiants (Geiger et Marsden) mirent en évidence expérimentalement que l'atome était en fait constitué d'un... entouré d'un nuage...

5 Le physicien danois... ( ) proposa ensuite un modèle dit «planétaire». Les électrons gravitent autour du noyau, à la manière de... autour du.... Aujourd'hui, le modèle de l'atome est décrit par la physique... Le noyau est toujours au centre, mais les électrons sont répartis en «...» autour.

6 I. Structure de l atome Activité: Structure de l atome

7 I.1 Composition L atome (10-10 m) est composé: a) d un noyau (10-15 m) qui comprend des nucléons de 2 types: Les protons chargés positivement (de masse m p =1, kg et de charge +e=1, C) (Remarque: le coulomb (C) est l unité de la charge électrique) Les neutrons qui sont neutres (de masse m n =1, kg)

8 b) d électrons chargés négativement et de masse beaucoup plus faible (m e = kg et de charge -e=-1, C) Ex: Si on compare le noyau à une sphère de 10 cm de rayon, l atome sera comparable à une sphère de 10 km! -> L atome est essentiellement constitué de vide: sa structure est lacunaire.

9 I.2 Symbole du noyau: A X Z A: nombre de nucléons (protons + neutrons) Z: numéro atomique (nombre de protons) Ex: 7 3 Li I.3 Charge de l atome 3 protons,7 nucléons,a-z = 7-3 = 4 neutrons L atome est électriquement neutre, il comporte donc Z protons et Z électrons.

10 I.4 Masse de l atome Activité: Masse de l atome de cuivre En négligeant la masse des électrons: m atome = A x m nucléon Est aussi appelé nombre de masse

11 II. Eléments chimiques II.1 Isotopes: Ce sont des atomes ayant le même numéro atomique Z mais pas le même nombre de nucléons A 14 Ex: C et C II.2 Ions monoatomiques: Un ion monoatomique est formé par un atome qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons.

12 Ex de cation: Cu 2+ -> perdu 2 électrons Ex d anion: Cl - -> gagné 1 électron -> Quelle charge porte Cu 2+ ( 63 Cu )? 29 Il a perdu 2 électrons donc il en possède 27 Ainsi sa charge est: q = 29 e + 27x (-e) q= 2 e ( 2 charges élémentaires positives) q = 3, C

13 II.3 Eléments: Ensemble des entités chimiques (atomes, isotopes, ions ) ayant le même numéro atomique Z. Symboles: Rappel: Au cours d une transformation chimique, il y a conservation des éléments et de la charge. H: Hydrogène C: Carbone O: Oxygène N: Azote Cu: Cuivre Na: Sodium

14 III. Un modèle du cortège électronique La structure électronique est la répartition des électrons en «couches» (K, L, M) Règles: 1) Chaque couche ne contient qu un nombre limité d électrons: K : 2 L : 8 M: 18 2) Pour les éléments avec Z<18 on remplit dans l ordre K, puis L puis M.

15 Ex: l atome d oxygène (Z=8) -> 8 électrons Donc 2 dans la couche K et 6 dans la couche L Ce qui se note O: (K) 2 (L) 6 La couche externe est la dernière occupée (ici L)

16 IV. Stabilité d un élément: règle de l octet IV.1 Enoncé: Les éléments qui n ont pas la structure stable en duet ou en octet captent, cèdent ou mettent en commun des électrons (liaison covalente) pour l acquérir. Duet: 2 électrons sur la couche externe K (pour Z=1,2,3 ou 4) Octet: 8 électrons sur la couche externe (pour Z>4)

17 Ex d éléments stables sous forme d atomes: Les gaz rares (ou nobles): He: Z=2 Donc 2 électrons (K) 2 Ne: Ar: Z=10 Z=18 (K) 2 (L) 8 (K) 2 (L) 8 (M) 8

18 IV.2 Ex des ions monoatomiques: Na: Z=11 Donc 11 électrons (K) 2 (L) 8 (M) 1 Règle de l octet => Perdre 1 électron pour avoir (K) 2 (L) 8 Donc l ion Na + existera. S: Z=16 Donc 16 électrons (K) 2 (L) 8 (M) 6 Donc l ion S 2- existera.

19 63 29 Activité: Masse de l atome de cuivre Cu -> Composition? neutrons, 29 électrons -> Exprimer la masse de l atome en fonction de m p, m n et m électron -> 29 protons, 63-29=34 m atome = 29m p + 34 m n + 29 m électon Or m p ~ m n -> Et Que m électron peut-on << mdire nucléons de m p et m n? -> Donc Que mpeut-on dire de m électron par rapport atome ~ m noyau à m nucléon =1, kg? ~ 29 m -> En déduire la masse nucléon + 34 m de l atome nucléon en ~ 63 m fonction de A=63 et nucléon ~ A m de m nucléon ; nucléon Calculer. ~ 63 x 1, = 1, kg Retour

20 retour

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