I Qui est dans quoi? Voir poly

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1 Chapitre 3 Des atomes aux ions I Qui est dans quoi? Voir poly II Un modèle l atome «Lorsque j entrai au laboratoire dirigé par Joliot au Collège France, la connaissance que j avais la structure la matière ne vait guère dépasser celle acquise par un lycéen 993 abonné à bonnes revues vulgarisation. Je les résume rapiment : la matière est composée d atomes, eux- mêmes constitués noyaux entourés d un cortège d électrons. Les noyaux portent une charge électrique positive qui est même valeur et signe opposé à la charge s électrons qui gravitent autour du noyau. La masse d un atome est concentrée dans le noyau. Peut- être, sans prétendre faire un cours vulgarisation, puis- je donner quelques précisions en me fondant sur s notions qui sont intuitives chez presque tous les lecteurs. Un litre d eau contient environ trente millions milliards milliards d atomes d oxygène et ux fois plus d atomes d hydrogène or le litre d eau pèse un kilogramme. Si je vais exprimer le poids chaque atome avec les unités familières dans la vie courante, comme le kilogramme, je traînerais s chiffres avec une quantité quasi insupportable zéros après la virgule! Le noyau l hydrogène, ou proton, porte une charge électrique positive. Celui- ci a un compagnon, le neutron, qui est neutre électriquement et a sensiblement la même masse. Tous ux s associent façon très compacte pour constituer les noyaux qui sont au cœur s atomes peuplant notre univers. Ils s entourent d un cortège d électrons dont la charge compense exactement celle s protons. En effet, la matière est neutre sinon elle exploserait en raison la répulsion qu exercent l une sur l autre s charges même signe, positif ou négatif. Il faut avoir en tête l échelle s dimensions. - La constitution la matière a) Des particules dans l atome La matière est constituée d atomes et eux- mêmes d autres particules. D après le texte, donnez les noms ces particules et complétez le tableau. Nom la particule Où se trouve- t- elle? Signe la charge électrique Le diamètre d un atome est voisin d un centième millionième centimètre. Celui d un noyau d atome est cent mille fois plus petit. On voit donc que presque toute la masse d un atome est concentrée en un noyau central et que, loin sur la périphérie, se trouve un cortège qui est fait particules charge électrique négative, les électrons. C est ce cortège seul qui gouverne le contact s atomes entre eux et donc tous les phénomènes perceptibles notre vie quotidienne, tandis que les noyaux, tapis au cœur s atomes, en constituent la masse.» Georges Charpak (94 00) Physicien français, prix Nobel physique 99 pour ses travaux sur les détecteurs particules. Extrait du livre «La vie à fil tendu» b) L atome est électriquement neutre Parmi les définitions suivantes, rayez celles qui ne corresponnt pas à «l atome est électriquement neutre». Un atome n est constitué que particules dont la charge électrique est neutre. Un atome ne peut pas produire courant électrique. Un atome n a pas charge électrique positive ou négative. Un atome est constitué particules dont les charges électriques se compensent. c) Charge s particules Elle s exprime en coulomb et est notée C. Nom la particule Electron Proton Neutron Charge électrique en C q e = -,6.0-9 C q p = +,6.0-9 C q n = 0 Autre écriture Charge électrique élémentaire e =,6.0-9 C Entraînement : a) Quelle doit être la charge du nuage électronique d un atome d oxygène dont le noyau a pour charge + e? b) Quelle est la charge du noyau d un atome phosphore qui est entouré 5 électrons? - Représentation du noyau a) Exemple l atome d aluminium L atome d aluminium est constitué protons, 4 neutrons et... électrons.

2 Pour représenter le noyau l atome d aluminium, les chimistes utilisent la notation suivante : Indiquez ce que représente chaque partie ce symbole : 7 7 est le nombre nucléons c est à dire Entraînement : Complétez le tableau suivant Remarque pour le compléter : les éléments chimiques qui ont le même nombre protons portent le même nom. Symbole du noyau Nom 4 He hélium 6 O 6 C protons nucléons H neutrons 6 d électrons Charge du noyau 35 Cl chlore + 7e O ion oxy 3 Na + ion sodium 0 7 Charge du nuage électronique Charge totale 3 S ion sulfure - e ion 4-0e aluminium b) Définitions Pour représenter les noyaux s atomes, les chimistes utilisent le symbole A Z X dans lequel : X est une lettre majuscule (éventuellement suivie d une lettre minuscule) indiquant le nom l élément.... est le nombre protons appelé numéro atomique.... est le nombre protons + neutrons appelé nombre nucléons* *nucléon vient du latin nucleus (noyau). Les nucléons sont donc les particules se trouvant dans le c) Isotopes et éléments chimiques Entraînement a) Combien y a- t- il d éléments chimiques différents dans le tableau précént? Citez- les. b) Quels éléments chimiques ce tableau sont isotopes? Renseignements à connaître : apple On donne le nom d élément chimique à tous les noyaux qui ont le même numéro atomique Z. apple Deux éléments chimiques ayant le même numéro atomique ont le même nom et le même symbole X. apple Des éléments chimiques qui ont le même numéro atomique Z mais un nombre nucléons A différent sont appelés s isotopes. d) Masse et dimension l atome

3 Masse : La masse l atome s obtient en additionnant la masse s électrons et la masse du noyau.! #$% =! #$% +! é#$%&'(! #$#% =,673.0!! #$%&! =,675.0! et! é#$%&' = 9,09.0! Ex :,! =.! #$#% + 4.! #$%&! +.! é#$%&' = 4,5.0! La masse d un atime est essentiellemnt concentrée dans son noyau car la masse électrons est négligeable.!.! #$#% + 4.! #$%&! = 4,5.0! Dimension : L espace occupé par un atome peut être assimilé à une sphère dont le diamètre est l ordre 0-0 m. Le noyau peut lui aussi être assimilé à une sphère dont le diamètre est l ordre 0-5 m. Le diamètre l atome est donc 0 5 fois plus grand que celui du noyau. Rq : Si le noyau avait la taille d une balle tennis (6,5 cm diamètre), nous pourrions trouver s électrons jusqu à environ 6,5.0! cm = 6,5.0! m = 6,5 km la balle. III Répartition s électrons Couches électroniques Dans un atome, les électrons sont répartis en couches électroniques notées K, L, M etc Règle remplissage s couches (valable pour les éléments dont Z ) : Couche K L M maximal d électrons On remplit d abord la couche K, puis la couche L Exemple : atome sodium Na = + + structure électronique (K) (L) (M) couche K couche L couche M Un peu vocabulaire Lorsqu une couche électronique est pleine, on dit qu elle est saturée. La couche externe est la rnière couche électronique remplie. Une couche est dite interne lorsqu elle n est pas la rnière couche remplie. 3 Entraînements Ecrire la structure électronique en indiquant si la couche externe est saturée Li O 0 Ne Vrai / Faux Un atome dont la structure électronique est (K) (L) 5 possè 5 électrons dans son nuage électronique. La couche L est saturée lorsqu elle comporte électrons. Deux éléments qui ont le même nombre d électrons ont la même structure électronique Cl a le même structure que 0 Ne. 9 9 F 3

4 IV Des atomes aux ions Qu est- ce qu un ion? C est le chimiste suédois Svante August Arrhenius qui fut le premier, vers 0, à découvrir que certaines substances en solution se trouvent sous la forme d ions et non molécules. Un ion est un atome qui a gagné ou perdu un (ou plusieurs) électron(s). Pour qu un atome gagne un (ou plusieurs) électrons(s), il faut qu un autre atome lui en donne un (ou plusieurs). Exemple du sel cuisine : On extrait le sel cuisine dans les marais salants et les mines sel. On peut le fabriquer artificiellement au laboratoire : on fait réagir le métal sodium Na avec le gaz dichlore Cl (la réaction est violente!). Il se forme à la fin la transformation du chlorure sodium : c est un soli constitué d ions sodium Na + et d ions chlorure Cl -. Complétez le texte suivant avec les mots qui conviennent : négatifs ; chlorure ; perdu ; sodium ; gagné ; chlore ; Na + ; Cl - ; positifs ; e - (certains mots peuvent être utilisés plusieurs fois) Formation s ions... Formation s ions... Les atomes Na se transforment en ions... Les ions sont s atomes qui ont un électron. Ce qui s écrit : Na ou encore : Na Les atomes Cl se transforment en ions... Les ions sont s atomes qui ont un électron. Ce qui s écrit : Cl L électron gagné par l ion a été donné par l atome Pour que la matière reste électriquement neutre, s ions sont toujours associés à s ions «La matière est électriquement neutre» On ne peut pas trouver d ions isolés : les ions positifs sont toujours accompagnés d ions négatifs. La matière peut être constituée d ions positifs et négatifs dont les charges électriques se compensent. Ce qui explique la charge s ions a) Pour ressembler aux gaz nobles Les gaz nobles (rares) sont constitués molécules monoatomiques et présentent une gran inertie chimique. Ils sont très stables. Ce sont l'hélium, le néon, l'argon, le krypton. He (K) 0 Ne (K) (L) Ar (K) (L) (M) 6 Kr (K) (L) (M) (N) Les atomes dont le numéro atomique est voisin, auront tendance à prendre la configuration électronique stable à ux électrons (règle du duet). Les autres (étudiés cette année) auront tendance à prendre une configuration électronique à électrons (règle l'octet). b) Les ions monoatomiques L'application ces règles permet d'expliquer la formation s ions monoatomiques positifs (cations) et négatifs (anions) 3 Li (K) (L) perd un e - (K) même structure électronique que He Li + 9 F (K) (L) 7 gagne e - (K) (L) même structure électronique que Ne F - Mg (K) (L) (M) perd e - (K) (L) même structure électronique que Ne Mg + O (K) (L) 6 gagne e - (K) (L) même structure électronique que Ne O - (K) (L) (M) 3 perd 3 e - (K) (L) même structure électronique que Ne 3+ 4

5 V Les composés ioniques - Corps simple, corps composé, mélange Corps simple : c est un corps constitué d un seul type d atomes (ex : Fe, O, 3+ ) Corps composé : c est un corps constitué plusieurs types d atomes (ex : Fe O 3, HO -, H O) Mélange : c est un ensemble corps simples et corps composés (ex : pétrole, plâtre, lait) - Les principaux corps ioniques cations formules anions formules fer II sulfure fer III cuivre II 3+ Zn + Na + Ca + K + sulfate carbonate hydrogénocarbonate oxy NO 3 - Cl - O - hydrogène hydroxy magnésium Ag + baryum ammonium 3 - Ecrire la formule d un composé ionique. Métho : Ecrire la formule chimique s ions présents dans le soli ionique. La solution est toujours électriquement neutre : il y a autant charges positives que charges négatives. En déduire la proportion chaque ion (c est aussi l écriture la solution ). Ecriture la formule chimique du soli ionique : Mettre en er l ion positif sans sa charge avec en indice le chiffre trouvé ci- ssus. Mettre en ème l ion négatif sans sa charge avec en indice le chiffre trouvé ci- ssus. Exemple : nitrate d argent La formule l ion argent est toujours : La formule l ion nitrate est toujours :. Il est donc impossible modifier une formule. Formule la solution :. Formule du soli ionique :. Exemples : Hydroxy cuivre II nitrate d argent sulfate baryum carbonate d ammonium Chlorure cuivre II carbonate calcium sulfate d ammonium phosphate d argent Nitrate d aluminium 5