SCIENCES PHYSIQUES 4012

SCIENCES PHYSIQUES 4012 PHÉNOMÈNES IONIQUES RÉSUMÉ DU CHAPITRE 3 DOCUMENT RÉDIGÉ PAR M. DANIEL TURCOTTE COMMISSION SCOLAIRE DE LAVAL 2 SEPTEMBRE 2005

SCP 4012 Résumé du chapitre 3 La matière en action LES TRANSFORMATIONS DE LA MATIÈRE Pages 3.3 à 3.5 1) Les transformations physiques Changement superficiel qui ne modifie en rien ni la nature, ni les propriétés fondamentales de la matière. Exemples : des choses qu on coupe (feuille, craie, bois, pomme, etc ); changer l eau en glace (changement de phase); mélanger le sel avec de l eau (si on fait bouillir l eau, ça se défait ); alliage entre 2 métaux : si on chauffe l alliage, ça se défait aussi. Pourquoi? 2) Les transformations chimiques Changement au niveau des électrons qui fait apparaître de nouvelles substances. Exemples : des choses qu on brûle : feuille, bois, papier. pomme qui brunit; faire cuire un œuf; argent qui ternit fer + eau + oxygène = rouille 2

3) Les changements nucléaires Changement au niveau du noyau Exemples : désintégration d un élément instable pour en donner un autre; fission, fusion, bombe nucléaire. Faites les exercices 3.1 à 3.3 pages 3.4 et 3.5 L ORIGINE DE LA CHIMIE : L ALCHIMIE (pages 3.5 et 3.6) - Les alchimistes sont les premiers à faire des observations classifiées. Ils sont à l origine de la science. - Ils sont à la recherche de la pierre philosophale (qui transforme tout en or) et de l élixir de longue vie. ASSOCIATION ENTRE ATOMES Les atomes se retrouvent rarement seuls dans la nature. Ils se groupent ensemble pour former des molécules. 2 sortes de molécules - Les corps simples ou éléments : ils sont formés d une seule sorte d atomes ( H 2, O 2, F 2 etc ) - Les corps composés : ils sont formés d atomes différents (NaCl, H 2 O, H 2 SO 4, etc ) Voir dessin page 3.8 QUESTION : Quelle est la différence entre un atome et une molécule? 3

LES RÉACTIONS CHIMIQUES Le début d une réaction a lieu lorsque 2 éléments s approchent l un de l autre. Ce sont d abord les électrons situés en périphérie qui s approchent. Les associations entre atomes résultent d échanges entre les électrons de la dernière couche électronique des 2 atomes. Le comportement de chacun dépendra du nombre d électrons qu ils ont sur leur dernière couche électronique. C est quoi le but des réactions chimiques? La stabilité Quand des éléments sont-ils stables chimiquement? Quand ils ont autant d électrons que le gaz rare le plus proche, c est-à-dire quand ils ont leur dernière couche électronique remplie. Comment les éléments font-ils pour avoir autant d électrons que le gaz rare le plus proche? En donnant ou en recevant des électrons. L IONISATION Changement chimique par lequel un atome gagne ou perd des électrons, sans que le nombre de protons change. Ce phénomène se nomme ionisation. L atome qui a perdu ou gagné des électrons est nommé ion. s il a DONNÉ des électrons, il a plus de protons que d électrons : il est chargé POSITIVEMENT : il est un ION POSITIF ou CATION. s il a REÇU des électrons, il a plus d électrons que de protons : il est chargé NÉGATIVEMENT : il est un ION NÉGATIF ou ANION. 4

Calcul de la charge des ions Calculez la charge de l ion Na +1 à la page 3.14 Pourquoi cet ion est-il positif? Après avoir donné un électron, est-il encore du sodium? Pourquoi? Calculez la charge de l ion Cl -1 à la page 3.16 Pourquoi à votre avis cet ion est-il négatif? Après avoir reçu un électron, est-il encore du chlore? Pourquoi? Observez attentivement les figures de la page 3.17 On en conclut que : 1) Les ions des alcalins : 2) Les ions des halogènes : 5

QUELQUES QUESTIONS : 1) Si le nombre de protons de deux éléments est différent, c est qu il s agit. 2) Si le nombre de protons est le même mais que le nombre de neutrons est différent, on a 3) Si le nombre de protons est différent du nombre d électrons, c est qu il s agit - il est positif si (il est alors un ) - il est négatif si (il est alors un ) Faire l exercice no 3.12 Pour ressembler au gaz rare le plus proche ( On a écrit l équation d ionisation) Les alcalins doivent donner 1é : Na Na + + 1é Les alcalino-terreux doivent donner 2é : Ca Ca +2 + 2é Les éléments de la famille III A donnent 3é : B B +3 + 3é Les éléments de la famille IV A donnent 4é : C C +4 + 4é ou reçoivent 4é : C + 4é C -4 Les éléments de la famille V A reçoivent 3é : N + 3é N -3 Les éléments de la famille VI A reçoivent 2é : O + 2é O -2 Les éléments de la famille VII A reçoivent 1é : F + 1é F - 6

DIAGRAMME DE LEWIS On dessine les électrons de valence, électrons de la dernière couche électronique. Diagramme de Lewis des atomes neutres. Prenons par exemple la 2 e période. Diagramme de Lewis des ions correspondants : Li + ( il a donné son é) Be +2 (il a donné ses 2é) B +3 (il a donné ses 3é) C +4 (il a donné ses 4é) C -4 (il a reçu 4é) N -3 (il a reçu 3é) O -2 (il a reçu 2é) F - (il a reçu 1é).... Ne.. (il avait déjà les couches électroniques remplies : ce n est pas.. un ion) Regardez les pages 3.21 à 3.23 7

LIAISON CHIMIQUE Liaison qui existe entre 2 atomes dans le but de compléter leurs couches électroniques. Des éléments peuvent être unis par différents types de liaison chimique : par une liaison ionique par une liaison covalente pure ou non polaire par une liaison covalente polaire Comment détermine-t-on le type de liaison qui unit 2 atomes? Par la différence d électronégativité. Qu est-ce que l électronégativité? C est la capacité à attirer les électrons. Elle est inscrite dans chaque case du tableau périodique en haut à droite. Plus l électronégativité d un atome est grande, plus il va attirer les électrons. Plus elle est petite, moins il va attirer les électrons. Observez le tableau périodique. Lequel a l électronégativité la plus grande? Lequel a la plus petite? Lesquels n en n ont pas? Pourquoi? Dans une liaison chimique, il y a habituellement un des 2 atomes qui attire les électrons plus que l autre (sauf si les 2 atomes sont identiques). Comme au baseball, il y a toujours un lanceur et un receveur. 8

Types de liaison chimique et différence d électronégativité (p. 3.46) ****** À CORRIGER DANS LE LIVRE ****** - différence d électronégativité inférieure ou égale à 0,4 = liaison covalente pure; - différence d électronégativité comprise entre 0,4 et 1,7 = liaison covalente polaire; - différence d électronégativité à 1,7 = liaison ionique liaison covalente liaison liaison pure covalente polaire ionique 0,4 1,7 Liaison ionique (page 3.29) C est la liaison la plus forte : l un des atomes arrache carrément à l autre ses électrons de valence (ceux de la dernière couche électronique). Lorsque 2 atomes s ionisent pour s associer, ils forment une liaison ionique. Après, ils sont devenus des ions. En général, il y a liaison ionique lorsque Un alcalin ou un alcalino-terreux s associe avec un halogène ou un élément de la famille de l oxygène DONNEUR RECEVEUR 9

1 er EXEMPLE : FORMATION DE LA MOLÉCULE DE Li F Li et F (différence d électronégativité = 3,0 1,7) Le fluor arrache carrément un électron au lithium et ils deviennent des ions: Li + et F -.. Diagramme de Lewis des atomes neutres : Li... F..... Diagramme de Lewis de la molécule Li +.. F -.... ***** Remarque très importante ***** Complétez la définition : ils forment une liaison ionique. Dans une liaison ionique, il faut donc mettre des signes aux atomes puisqu ils sont devenus des ions (donc on ne met pas de signes aux atomes dans la liaison covalente. On verra ça plus loin). Li : c est le donneur (électronégativité = 1,0 ) F : c est le receveur (électronégativité = 4,0 ) Donneur : Receveur : celui qui a l électronégativité la plus petite celui qui a l électronégativité la plus grande 10

Formule chimique entre Li et F Plaçons les 2 ions l un à côté de l autre : Li + F -. On s aperçoit que la charge totale des ions est nulle : Total : +1-1 = 0 La formule chimique doit donc être LiF pour qu il y ait autant d électrons donnés que d électrons reçus. 2 e EXEMPLE : FORMATION DE LA MOLÉCULE DE NaCl Voir le dessin page 3.25 On voit que ce sont les 2 couches périphériques qui se touchent et que les deux atomes s ionisent : le sodium donne 1é et le Cl en reçoit 1. Différence d électronégativité : ( liaison ) Diagramme de Lewis des atomes pris séparément : Diagramme de Lewis de la molécule: Pourquoi a-t-on mis des signes aux atomes? Formule chimique : 11

3 e EXEMPLE : FORMATION DE LA MOLÉCULE KF Faire le no 3.15 Différence d électronégativité : ( liaison ) Diagramme de Lewis des atomes pris séparement : Diagramme de Lewis de la molécule : Formule chimique : 4 e EXEMPLE : FORMATION DE LA MOLÉCULE DE Mg O Liaison Diagramme de Lewis des atomes : Diagramme de Lewis de la molécule : Formule chimique : Ici dans la liaison, on a 2 électrons donnés et deux électrons reçus. 12

Jusqu ici, on n a vu que des exemples où il y a autant d électrons donnés que d électrons reçus. VOYONS MAINTENANT CE QUI SE PASSE LORSQUE LE NOMBRE D ÉLECTRONS DONNÉS EST DIFFÉRENT DU NOMBRE D ÉLECTRONS REÇUS 5 e EXEMPLE : COMBINAISON DU Ca ET DU Cl Que se passe-t-il si on combine du Ca (donne 2é) et du Cl (reçoit 1é)? PRINCIPE IMPORTANT : A U T O T A L, il doit y avoir autant d électrons donnés que d électrons reçus. On doit donc prendre 2 atomes de chlore (à deux, il vont recevoir 2é) Ca va devenir l ion Ca +2 Cl va devenir l ion Cl - il va donner ses 2é il va recevoir 1é...... Cl - : Ca +2 : Cl - :.... 2 liaisons ioniques Différence d électronégativité ( on ne multiplie pas l électronégativité du chlore par 2) : 3,0 1,0 = 2,0 1,7 Formule chimique : on a 1 atome de calcium et 2 atomes de chlore, ce qui donne CaCl 2 Vous remarquerez qu on a placé le cation en premier. 13

***** Truc important à comprendre ***** On peut obtenir la formule chimique directement en faisant le produit croisé des charges (SANS TENIR COMPTE DES SIGNES) : Ca +2 Cl -1 2 CaCl 2 IMPORTANT : On ne fait pas le produit des charges croisées lorsque le nombre d électrons donnés égale le nombre d électrons reçus. Exemple : Mg O Mg donne 2é O reçoit 2é On ne fait pas le produit des charges croisées Autrement dit : la formule chimique ne devient pas Mg 2 O 2 En général, pour écrire la formule chimique, on doit observer 2 règles. 1 o ) on écrit le cation en 1 er (le moins électronégatif) 2 o ) on fait le produit des charges croisées sauf si le total des charges est 0 Mg O + 2-2 = 0 On ne fait pas le produit des charges croisées. Pour la molécule de CaCl 2 : allez voir la page 3.30 Pour la règle des charges croisées : lire les pages 3.33 et 3.34 Faites les nos 3.17, 3.18 et 3,19 14

EXERCICES SYNTHÈSE SUR LA LIAISON IONIQUE Illustrez à l aide du diagramme de Lewis la liaison entre K et S, et déterminez la formule chimique du composé obtenu : Différence d électronégativité : Diagramme de Lewis des atomes pris séparément : Diagramme de Lewis de la molécule : Formule chimique : ( ce qui correspond au diagramme de Lewis de la molécule ) Même question pour K et Br Différence d électronégativité : liaison Diagramme de Lewis des atomes pris séparément : Diagramme de Lewis de la molécule :. Formule chimique : 15

Même question pour Be et O Différence d électronégativité : liaison Diagramme de Lewis des atomes pris séparément : Diagramme de Lewis de la molécule : Formule chimique : Même question pour Be et F Différence d électronégativité : liaison Diagramme de Lewis des atomes pris individuellement Diagramme de Lewis de la molécule Formule chimique : Note : on peut faire la formule chimique avant. C est souvent plus facile de dessiner le diagramme de Lewis.. 16

LA LIAISON COVALENTE (pas C ONVALENTE) (page 3.35) Liaison basée sur le partage d électrons. Il n y a pas un atome qui arrache des électrons à un autre atome : ils ne font que partager une ou des paires d électrons. Mais cela amène tout de même la stabilité à chacun des atomes. Liaison covalente pure ou non polaire 0,4 Liaison covalente polaire (les électrons sont attirés par un atome plus que par l autre) 0,4 < < 1,7 LIAISON COVALENTE PURE On a 2 façons de représenter une liaison covalente : le diagramme de Lewis ( qu on a déjà vu ), et le diagramme par trait. Diagramme de Lewis de la molécule d hydrogène H : H Formule chimique : H 2 17

Il ne s agit pas d une liaison ionique. Les atomes d hydrogène ne sont pas des ions. Donc on ne met pas de signes quand on fait le diagramme de Lewis représentant une liaison covalente. Dans une liaison covalente, on peut aussi représenter une molécule par un diagramme par trait. Diagramme par trait : le diagramme par trait illustre la paire d électrons liants pour une liaison covalente. Il n existe pas pour une liaison ionique. Diagramme par trait de la molécule d hydrogène : H H La molécule de fluor 1 paire d électrons liants Formule chimique : Diagramme par trait : 18

La molécule d oxygène 2 paires d électrons liants Formule chimique : Diagramme par trait : Dans le diagramme de Lewis de la molécule, il n y a pas de signes aux atomes. Pourquoi? La molécule d azote 3 paires d électrons liants (Ne pas faire le dessin comme la page C.46 ) Diagramme par trait : Formule chimique : Voir les pages 3.35 et 3.36 Faire les exercices : p. 3.38 nos 3.24 à 3.31 19

B I L A N On associe Na et Cl 1) Nature de la liaison? 2) Formule chimique? Déterminons la tout de suite, ça va aider pour le diagramme de Lewis 3) Diagramme de Lewis des atomes pris individuellement 4) Diagramme de Lewis de la molécule? 5) Le diagramme par trait Vous devez faire tous les exercices du chapitre qui ne sont pas faits, ainsi que les exercices synthèse de la fin du chapitre et les 2 exercices supplémentaires. 20

Petit exercice : écrivez la formule chimique Il n est pas nécessaire d avoir le nom de l élément pour écrire la formule chimique. Soient les éléments suivants : l élément A appartient à la famille VI A, l élément B appartient à la famille VII A, l élément C appartient à la famille I A, l élément D appartient à la famille II A, l élément E appartient à la famille III A. Écrivez la formule chimique du composé formé : a) des éléments A et C : b) des éléments A et D; c) des éléments A et E; d) des éléments B et C; e) des éléments B et D; f) des éléments B et E. Solution au bas de la page 23 21

EXERCICE DE RÉVISION Complétez le tableau suivant : Diagramme de Lewis Diagramme par trait Éléments Formule chimique Nature de la liaison Donneur Receveur Molécule Na et Br Mg et F S et Mg O et K O et Al H et Cl N et H N et N 22

SOLUTIONNAIRE Diagramme de Lewis Diagramme par trait Éléments Formule chimique Nature de la liaison Donneur Receveur Molécule Na et Br Mg et F S et Mg O et K O et Al H et Cl N et H N et N Petit exercice : écrivez la formule chimique. a) C 2 A b) DA c) E 2 A 3 d) CB e) DB 2 f) EB 3 23