Module 2 Les atomes et les éléments
Qu est-ce qu est la chimie? Sciences qui étudient les propriétés, la composition, les structures et les transformations de la matière.
Quelle est l utilité de la chimie? La chimie présente un double intérêt : 1. Scientifique: contribue largement à notre connaissance et notre compréhension des mécanismes et des lois de la nature. Ex: la fonctionnement du cerveau 2. Pratique: apporte des réponses au besoin de l homme. Ex: dans le domaine de la santé (les médicaments)
Applications de la chimie et l importance du rôle qu elle joue dans notre vie quotidienne. Domaine Santé Matériaux Agriculture Énergie Produits Médicaments, anesthésiques, contraceptifs... Céramiques, matières plastiques, papiers... Insecticides, pesticides, engrais... Essences, gaz Divers Peintures - colles - colorants - savons - explosifs - parfums - cosmétiques...
La matière: C est tout ce qui a une masse et qui occupe de l espace. Exemples: une chaise, un arbre, un humain, de l eau, de l air etc.
De quoi est fait la matière? La matière est faite d atomes. L atome, c est la plus petite unité de matière qui peut participer à un changement chimique.
Théorie particulaire de la matière 1. Toute la matière est faite de particules très petites. 2. Chaque substance pure possède ses propres particules. 3. Les particules sont attirées les unes vers les autres. 4. Les particules sont toujours en mouvement. 5. Plus la température est élevée, plus les particules bougent vite.
Classification de la matière
Tu pourrais classer la matière selon : 1.L état: solide, liquide et gazeux. 2.La composition: Mélanges: homogène(solution) et hétérogène, alliage. Substances pures: éléments, composés.
1. La matière selon l état Les 3 états de la matière Solide Liquide Gaz
Activité Classifier la matière selon l état
Classer ces matières selon leur état Chaise Crayon Jus de pomme Banane Craie de tableau Pupitre Eau Feuille de papier Oxygène Chandelle Dioxyde de carbone Shampooing Barre de savon Glace Jell-O Sucre Ordinateur Fer Lait Boisson gazeuse
2. La matière selon sa composition: Matière Substances pures Mélanges Éléments Composé Homogènes Hétérogènes Atomes Molécules Solutions
Un mélange Est constitué d au moins deux types de particules (2 substances pures différentes) qui ne sont pas liées chimiquement. Ex: De l eau salée H 2 O + NaCl
Un mélange peut être hétérogène ou homogène. C est un mélange hétérogène si on distingue les constituants. Ex: soupe, pain aux raisins etc.)
C est un mélange homogène ( solution ) si on ne peut pas distinguer les constituants. C est composé d un soluté (au moins un) et d un solvant mélangés de façon uniforme.
Ex: sel + eau= eau salé soluté + solvant = solution Ex: eau du robinet, air etc.
Un soluté: substance qui se dissout dans le solvant.(généralement en plus petite quantité) Un solvant: substance qui dissout le soluté.(généralement en plus grande quantité)
Type particulier de solution Un alliage : mélange d un type de métal avec un ou plusieurs autres métaux ou non-métaux. Ex: un bijou en or (10 K) Mélange de Cuivre + or
Indique s il s agit d un mélange homogène ou hétérogène jus de pomme pizza café avec crème huile et essence boisson alcoolisée eau et sable terre soupe aux légumes boisson gazeuse jell-o vinaigre eau et sucre vinaigre et huile
Les substances pures Éléments Composés
Une substance pure 1. Formée d'un seul type ou groupe de particules. Ex. : or, eau, cuivre, hélium,nacl.
Exemples de substances pures Une feuille d aluminium ne contient que des particules d aluminium. Le sucre ne contient que des particules de sucre.
Un élément: c est un type de substance pure qu il est impossible de décomposer en partie plus simple par des moyens chimiques ordinaires.
Exemples: le fer (Fe), le carbone (C) ou l oxygène (O). magnésium
Composés: Les composés sont des substances pures formées de deux ou plusieurs atomes liés chimiquement. Ex: l'eau (H 2 O), le sel (NaCl) et l'acide chlorhydrique (HCl)..
Type particulier de composé une molécule Assemblage de plusieurs atomes maintenus ensembles par des liaisons chimiques covalentes.
molécule d eau Molécule d eau Assemblage de molécules d eau Structure de la glace
Molécule de sucre Molécule d ADN
PS Un élément peut être un composé s il est formé d au moins deux atomes. Ex. O 2,P 5
Composés communs Nom du Formule Éléments Atomes de composé moléculaire présents chaque élément Eau H 2 O Hydrogène Oxygène 2 atomes de H 1 atomes de O Dioxyde de carbone CO 2 Travail
Changement de la matière
1. Changement chimique La modification de la matière au cours de laquelle au moins une nouvelle substance ayant de nouvelles propriétés se forme.
Indices de changement chimique - création de nouvelles substances. - particules de départ changent. - difficile d inverser le changement.
Exemple de changement chimique formation d un précipité Il ne faut pas confondre avec laisser se déposer une substance qui est dissoute dans une solution.
Exemple de changement chimique Une allumette brûle, le bois se transforme en charbon (carbone graphite)
Exemple de changement chimique La corrosion ( la rouille )
Pourquoi certains objets rouillent-ils?
À la température ordinaire, le fer se combine à l'oxygène de l'air pour former de l'oxyde de fer.
En présence d'air humide, une plaque de fer se recouvre d'oxyde de fer hydraté. C est le début de la rouille, poreuse et perméable à l'air et à l'humidité.
Les outils sont souvent faits d'aciers spéciaux, contenant du chrome et du nickel, métaux inaltérables.
2. Un changement physique La modification de la matière au cours de laquelle aucune nouvelle substance ne se forme.
Indices d un changement physique -aucune nouvelle substance ne se forme. ( les particules de départ ne changent pas) -de nouvelles propriétés peuvent apparaître mais elles sont temporaires. -le changement est réversible.
Parmi les changements physiques on retrouve principalement: -les changements de forme (déformation, découpage, étirement, ) -les changements de phase (évaporation, fusion, condensation) -les mélanges ( sel dans l eau, l alcool dans l eau, )
Exemple de changement physique De la glace qui fond. Aucune nouvelle substance
Suite Si de la glace fond, elle change d'état (de l'état solide à l'état liquide) mais ne change pas de composition : il s'agit d'un changement physique.
Théorie particulaire vs Théorie de Dalton
Théorie particulaire de la matière 1. Toute matière se compose de particules minuscules 2. Chaque substance pure a son propre type de particule, lesquelles se distinguent des particules d autres substances pure. 3. Les particules s attirent mutuellement 4. Les particules sont toujours en mouvement. 5. Les particules dont la température est plus élevée se déplacent plus vite en moyenne que les particules dont la température est plus basse.
Ce que la théorie permet d expliquer La théorie particulaire de la matière explique pourquoi les substances pures sont toujours homogène : chaque substance pure contient son propre type de particules. Par contre, les mélanges contiennent au moins deux types de particules.
Théorie de Dalton Lecture P. 183-186
1. Toute matière se compose de petites particules qu on appelle des atomes. 2. Il est impossible de créer ou de détruire des atomes, ou encore de diviser des atomes en particules plus petites. 3. La masse et la taille de tous les atomes d un même élément sont identiques, mais leur masse et leur taille sont différentes de la masse et de la taille des atomes des autres éléments. 4. Il se crée des composés quand les atomes de différents éléments se regroupent dans des proportions définies.
Propriété de la matière Lecture Omnisciences p.159, 164 et 165
Propriété Caractère particulier d une substance. Toutes les matières ont des propriétés qui permettent leur identification.
1. Propriété physique C est une propriété d une substance qui peut changer sans créer de nouvelle substance. Ex: la masse volumique de l eau change lorsqu elle passe de l état liquide à l état gazeux.
PROPRIÉTÉS PHYSIQUES QUALITATIVES couleur texture goût odeur état ductilité QUANTITATIVES point de fusion point d ébullition masse volumique viscosité Conductivité thermique solubilité Tableau p.164
a) Propriété qualitative C est une caractéristique qui décrit une qualité d une substance. Non mesurable (ex. : couleur, état, etc.).
b) Propriété quantitative C est une caractéristique qui décrit une quantité associée à une substance. Mesurable (ex. : point de fusion, longueur, masse volumique, etc.).
Masse volumique C est la masse que contient le volume donné d une substance (la masse volumique est égale à la masse divisé par le volume)
Masse volumique La masse d un objet divisé par son volume Chaque substance a sa propre masse volumique Calcul : ρ = m ρ : masse volumique (g/ml v ou kg/l) m : masse (kg ou g) v : volume (ml ou L) note : 1 g = 1 cm 3 1 kg = 1 m 3
2.Propriété chimique Propriété qui sert à décrire le comportement d une substance lorsqu elle prend part à une réaction chimique Ex: la réactivité d une substance en présence de l air ou de l eau, la corrosion, la toxicité, la combustion Tableau p.164
La corrosion Le fer rouillé.
L organisation des éléments Le tableau périodique regroupent les éléments qui ont des propriétés semblables.
Lien entre un élément et son symbole. Un symbole chimique est une abréviation du nom de l élément. Les noms et les symboles ont des origines différentes.
Formule chimique d un composé La formule chimique est une combinaisons de symboles représentant une substance. Ex. Pour l eau = H 2 O
Formule chimique (suite) Chaque symbole représente un élément. S il y a plus d un atome de cet élément, le symbole est suivi d un chiffre plus bas. Un composé comporte toujours plusieurs majuscules. Ex: NaCl, H 2 O
Propriétés des éléments Les 3 catégories d'éléments Métaux Métalloïdes Non-métaux
Groupe: Les colonne (verticale) du tableau périodique
Synonymes Groupe = Famille = Colonne ( Vertical dans le tableau ) Il y a 18 groupes.
Familles chimiques Colonnes du tableau périodique Métaux alcalins (métaux brillants,argentés et très réactifs) Métaux alcalinoterreux Halogènes (les non-métaux les plus réactifs) Gaz rares (gazeux & non réactifs)
Périodes: Les rangée (horizontale) du tableau périodique
Synonymes Période = Rangée = Niveau ( Horizontal dans le tableau ) Il y a 7 périodes.
Explication de l atome
Explication Si on prend un morceau de fer et qu on le divise en morceaux de plus en plus petits, il arrivera un moment où il ne sera plus possible de le diviser. Ce plus petit morceau de fer est l atome de fer.
Un atome de fer peut être divisé mais les morceaux qui restent ne sont plus du fer. On obtient un noyau et des électrons.
Notation atomique Système universelle reconnu pour connaître des renseignements sur un atome. Exemple: 35 Cl 17 Nombre de masse Symbole chimique Numéro atomique
Composants de l atome Le noyau est fait de: p+ et n Protons (p + ): particules qui ont une charge positive et une masse relative de 1; ils sont situés dans le noyau.
Le nombre de protons caractérise l atome. Exemple: Si un atome a 1 seul proton c est un atome d hydrogène et son numéro atomique est 1.
Neutrons (n o ): particules neutres qui ont une masse relative de 1; ils sont situés dans le noyau. Pour trouver le nombre de neutrons dans un atome:
Le nombre de masse ou masse atomique représente le nombre total de protons et de neutrons qui forment le noyau d un atome. Masse atomique Nombre de protons Nombre de neutrons
Électrons: particules qui ont une charge négative et une masse d environ 1/ 2000 de la masse du proton ou du neutron.. (e - ) Il y a toujours le même nombre d électrons et de protons dans un atome neutre.
Suite... Couches électroniques ou orbites: endroit où les électrons circulent autour du noyau.
L atome grossit selon les dimensions d un champs de Football. Noyau = pois au centre du champs de football. Électrons = moustiques qui circulent.
Tableau comparatif des particules subatomiques Élément Symbole Numéro atomique Aluminium Al 13
Tableau comparatif des particules subatomiques Nombre d'électrons Nombre de protons 13 13
Tableau comparatif des particules subatomiques Masse atomique Nombre de neutrons 27 14
Évolution du modèle atomique
1808 : John Dalton découvre que l atome est la plus petite particule. 1909 : Joseph Thompson découvre que l atome possède ses propres particules, les particules subatomiques : Positive = protons (grande masse) Négative = électrons (petite masse) Le nombre de protons et d électrons est égal, donc l atome est neutre (ni positif, ni négatif)
Ernest Rutherford 1911 : Ernest Rutherford découvre le modèle nucléaire : Les protons sont dans un noyau au centre. Les électrons bougent tout autour du noyau.
Neils Bohr 1913 : Neils Bohr découvre que les électrons bougent autour du noyau en gardant toujours le même trajet. Il y a donc différentes couches autour du noyau (couches électroniques). 1 ère couche = 2 électrons 2 ème couche = 8 électrons 3 ème couche = 8 électrons
Modèle de Bohr-Rutherford On prend les idées de deux scientifiques pour appeler ce modèle : Le modèle de Bohr-Rutherford.
La dernière couche qui possède des électrons est nommée la couche de valence. Le nombre d électrons qu elle possède nous indique comment va réagir cet élément. Aujourd hui : On sait aussi qu il existe une troisième particule subatomique : les neutrons qui ne sont ni négatifs, ni positifs. Ils sont dans le noyau avec les protons.
Modèle de Bohr-Rutherford 1 ère couche(2 e - max) Noyau 2 e couche (8 e - max) 3 e couche électronique (8 e - max)