COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de 2nd GT

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1 NOM et Prénom de l élève : COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de 2nd GT ① UN MODÈLE POUR L ATOME ② RÉPARTITION EN COUCHES DES ELECTRONS ③ LES ENTITÉS CHIMIQUES ④ CLASSIFICATION PÉRIODIQUE DES ÉLÉMENTS OBJECTIFS DES ACTIVITÉS Être capable de déterminer le nombre de particules présentes dans un atome. Et calculer sa masse à partir de ses nucléons. Définir un isotope Donner la structure électronique d un atome. Comprendre la formation d un ion. Et établir la formule ionique d une molécule. Comprendre les critères de construction du tableau périodique des éléments. 1

2 Activité ① 1- Les constituants de l atome Un atome est constitué d une partie centrale (le noyau), de charge positive, autour duquel gravitent des électrons (le nuage électronique) de charge négative. L ensemble est électriquement neutre. Le noyau est lui-même constitué de nucléons (protons et neutrons). Particules entrant dans la composition d un atome : Particule Charge Masse (en Kg) Symbole neutron 0 mn = 1, N -27 proton +e mp = 1,7.10 P+ électron -e me = 9, echarge élémentaire : e = 1, C (Coulomb) 2- Notation symbolique On représente un atome sous la forme : X = Fe ; A = 56 ; Z =26 X : symbolise la formule chimique de l élément. Z : se nomme le numéro atomique. Il est égal au nombre de protons. A : est le nombre de nucléons (ou nombre de masse). Il correspond au nombre total de nucléons présent dans le noyau de l atome. (les protons + les neutrons soit A = Z + N). Le nombre de neutrons N d un atome est donné par la relation : N = A Z 3- Electro-neutralité de l atome La charge élémentaire d un proton = + e et celle d un électron = - e. L unité est le Coulomb. La charge totale des électrons dans un atome est égale à : La charge totale des protons dans le noyau d un atome est égale à : Exemple : L atome d oxygène : Le numéro atomique est Z = 8 ; Cet atome contient 8 protons et 8 électrons. Conclusion : Un atome est un édifice électriquement neutre (de charge nulle). On en déduit que l atome possède autant de protons (P+) que d électrons (e-). 2

3 4- Application Exemple : L atome de fluor dont la représentation symbolique est : ① Donner la valeur numérique de A et de Z. ② Déterminer le nombre de protons, d électrons et de neutrons de cet atome. Justifier les réponses. ③ Calculer la charge globale du noyau. 5- Dimension d un l atome Le noyau est assimilé à une boule dense constituée des nucléons et dont le rayon est de l ordre du femtomètre (fm = m). L atome est assimilé à une sphère dont le rayon est voisin de celui des orbites décrites par les électrons en mouvement. Sa taille est de l ordre de 0,1 nm = m. L espace entre le noyau et les électrons est constitué de vide. (Structure lacunaire). 6- Masse d un atome La masse d un atome est égal à la somme des masses des particules qui le composent. La masse m d un atome est pratiquement égale à celle de son noyau. m = A mn m : masse d un atome en kg ; A : nombre de nucléons ; mnucléon : masse d un nucléon (1, kg) Application : Calculer la masse d un atome de fer. On donne : 3

4 7- Les isotopes Soit 3 atomes d hydrogènes de compositions différentes ; Compléter le tableau en indiquant le nombre de protons, d électrons et de neutrons. de protons d électrons de neutrons (hydrogène) (deutérium) Des noyaux qui appartiennent au même élément chimique mais qui diffèrent par leur nombre de neutrons sont appelés isotopes. L hydrogène possède 3 isotopes. Autre exemple : L atome d uranium possède deux isotopes : et Déterminer la composition des deux noyaux d atomes d uranium. Remarque : Seul l uranium 235 est fissile. (Permet de réaliser une réaction nucléaire). Ces deux éléments sont radioactifs. Leur abondance relative est de : 0,7 % de 235 et 99,3 % de

5 Activité ② 1- Couche électronique Les électrons se répartissent dans des couches électroniques Chaque couche est repérée par une lettre : K, L et M (1 < Z < 18) 2- Remplissage des couches Une couche électronique ne peut contenir qu un nombre limité d électrons. Une couche électronique est saturée si elle contient le nombre maximum d électrons qu elle peut contenir. Numéro de la couche (n) Nom de la couche maximum d électrons K L M Structure électronique d un atome La répartition des électrons se nomme la structure électronique de l atome. La dernière couche de la structure électronique contenant des électrons est appelée la couche externe ou couche de valence. On remplit les couches dans l ordre suivant : K, puis la couche L et enfin la couche M. Les électrons remplissent progressivement les couches jusqu à saturation de chaque couche. Symbole d électrons Hydrogène H 1 Carbone C 6 Azote N 7 Oxygène O 8 Magnésium Mg 12 Chlore Cl 17 Sodium Na 11 d électrons de la couche K d électrons de la couche L d électrons de la couche M Répartition électronique 5

6 4- Règle du «Duet» et de «L octet» 4-1 Cas particulier des gaz nobles L hélium He (Z=2), le néon Ne (Z = 10) et l argon Ar (Z = 18) sont des gaz constitués d atomes individuels. Ces atomes sont chimiquement inertes. Ils ont leurs couches externes saturées. 2 électrons pour l atome d hélium et 8 électrons pour le néon et l argon. Cette stabilité est recherchée par tous les atomes. 4-2 Enoncé des règles Les atomes pour être chimiquement stable vont essayer d obtenir la structure d un gaz rare, ils vont pour cela suivre les règles suivantes : Règle du duet : Les éléments de numéro atomique inférieur ou égal à 4 évoluent de manière à acquérir la structure électronique (K) 2 de l hélium. Règle de l octet : Les éléments de numéro atomique supérieur à 4 évoluent de manière à acquérir la structure électronique du néon (K) 2 (L) 8 ou de l argon (K) 2 (L) 8 (M) 8. Ils portent alors 8 électrons (un octet) sur leur couche externe. 4-3 Application des règles Ex n 1 :Le béryllium est un métal. Formule chimique : Be. Numéro atomique Z = 4. 1 Donner la structure électronique de cet élément. 2 Quelle règle doit-on appliquée? Ex n 2 : L élément chlore, formule chimique : Cl. Numéro atomique Z = Donner la structure électronique de cet élément. 2 Quelle règle doit-on appliquée? 6

7 1- Elément chimique Toutes les entités chimiques (atome, ion) possédant le même numéro atomique Z appartiennent au même élément chimique. Ex : Cu et Cu 2+ désigne l atome de cuivre. Lors d une transformation chimique, il y a conservation de tous les éléments chimiques mis en jeu. Activité 3 2- Comment se forme d un ion? Atome Lithium Fluor Aluminium Oxygène (Li) (F) (Al) (O) Numéro atomique Z Structure électronique de l atome Structure en octet ou en duet? Perte ou gain d électrons Structure électronique de l ion Ion monoatomique stable 3- Définitions Un atome qui perd un ou plusieurs électrons devient positif et porte le nom cation. Un atome qui gagne un ou plusieurs électrons devient négatif et porte le nom d anion. Lorsque l on passe de l atome à l ion, on ne modifie pas le cortège électronique donc le noyau reste inchangé : le numéro atomique Z reste le même ainsi que le symbole chimique. Le nombre de charge est noté en exposant (en haut et à droite) dans la formule de l ion ; Il représente le nombre d électrons perdus (c est le cas pour les cations) ou gagnés (c est le cas pour les anions) d un atome. Exemples : L ion Fe 3+ (Cation) A perdu 3 électrons et l ion O 2- (Anion) A gagné 2 électrons. 7

8 4- Les ions monoatomiques Ils ne sont constitués que d un seul atome chargé positivement ou négativement. Cations monoatomiques Anions monoatomiques Sodium Fer II Magnésium Aluminium Fluorure Oxyde Na + Fe 2+ Mg 2+ Al 3+ F - O 2- Calcium Ca 2+ Fer III Fe 3+ Potassium K + Cuivre II Cu 2+ Chlorure Cl - Sulfure S 2-5- Les ions polyatomiques Ce sont des groupes d atomes qui ont perdu ou gagné un ou plusieurs électrons. Cations Anions polyatomiques polyatomiques Ammonium Phosphate Nitrate Bicarbonate NH 4 + PO 4 3- NO 3 - HCO 3 - Carbonate CO 3 2- Sulfate SO 4 2- Hydroxyde OH - 6- La valence des ions La valence d un ion correspond à la charge électrique de l ion. On appelle «ion monovalent» un ion qui possède une seule charge électrique. On appelle «ion divalent» un ion qui possède deux charges électriques. On appelle «ion trivalent» un ion qui possède trois charges électriques. 7- Ecriture d un composé ionique Mode d emploi A partir du nom, je cherche la formule de chaque type d ions constituant le corps. J écris l un à côté de l autre, d abord la formule du cation ensuite la formule de l anion. Je détermine le nombre de cations et d anions qu il faut pour que les charges électriques s annulent. Ecrire la formule ionique du chlorure de magnésium et de l hydroxyde de cuivre II 8

9 Activité 4 1- Classification périodique des éléments En 1869, le chimiste russe Dimitri Mendeleïev proposait une classification des éléments en tenant compte des masses et des propriétés des espèces chimiques connues à cette époque. Cette classification contenait 63 éléments et laissait des emplacements libres. La classification actuelle comporte plus de 100 éléments et repose sur les principes suivants : Les éléments sont classés par numéros atomiques, Z croissants. Une nouvelle ligne (ou période) est utilisée chaque fois que les atomes comportent une nouvelle couche électronique. Une colonne contient les éléments dont les atomes ont le même nombre d électrons sur leur couche externe. 2- Familles d éléments Une famille est constituée par des éléments d une même colonne. Les atomes de ces éléments possèdent tous le même nombre d électrons sur leur couche électronique externe : cela entraîne une grande similitude des propriétés chimiques des espèces correspondantes. Les éléments de la 1 ère colonne (à l exception de l hydrogène) constituent la famille des alcalins : tous possède un seul électron sur leur couche externe. Les éléments de l avant dernière colonne constituent la famille des halogènes : tous ces atomes possèdent 7 électrons sur leur couche externe. La famille des gaz nobles (ou rares) est située dans la dernière colonne : tous ces atomes possèdent 8 électrons sur leur couche externe, à l exception de l hélium qui n en possède que 2. Gaz Nobles Alcalins Halogène 9

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