SCIENCES PHYSIQUES 4010

SCIENCES PHYSIQUES 4010 LE NUCLÉAIRE DE L ÉNERGIE DANS LA MATIÈRE RÉSUMÉ DU CHAPITRE 3 DOCUMENT RÉDIGÉ PAR M. DANIEL TURCOTTE COMMISSION SCOLAIRE DE LAVAL 1 er juin 2005

SCP 4010 Résumé du chapitre 3 Matière à ordonner CLASSIFICATION DES ÉLÉMENTS Un peu d histoire Lisez la page 3.3. Vous y lirez que la théorie des 4 éléments a régné jusqu à la fin du 18 e siècle. Dalton a ensuite dressé un inventaire de tous les éléments existants. Vers 1870, Mendeliëv a dressé le 1 er tableau périodique illustrant la périodicité des éléments. Qu est-ce qu on entend par l expression périodicité des éléments? C est qu il a remarqué que certains éléments ont des propriétés semblables. Il les a donc regroupés en constituant son tableau. Qu est-ce qu un élément? C est une substance pure ne contenant qu une seule sorte d atomes. Exemple : l hydrogène, l oxygène, etc L eau ( H 2 O ) n est pas un élément. Les éléments et leur symbole Voir page 3.7 On représente chacun des éléments par un symbole particulier : certains ont une seule lettre, H, O, F, B. etc on doit mettre une MAJUSCULE d autres ont 2 lettres : Na, Cl, Au, Hg majuscule minuscule 2

LE TABLEAU PÉRIODIQUE MODERNE Voir l illustration à la page 3.9 Il est amélioré à mesure qu on découvre d autres éléments. Ils sont classés par ordre croissant de numéro atomique. Certains sont N A T U R E L S : ce sont ceux qui existent dans la nature et d autres A R T I F I C I E L S sont ceux qui sont fabriqués en laboratoire. Les R A N G É E S sont appelées P É R I O D E S Les C O L O N N E S sont appelées F A M I L L E S ou G R O U P E S. Les états de la matière Voir page 3.10 Les trois états de la matière sont : l état solide, l état liquide et l état gazeux. Dans le tableau périodique : A O o C ( et pression normale 101,3 kpa) 2 sont liquides (lesquels?) 11 sont gazeux Voir tableau p 3.10 les autres sont solides Faire les exercices 3.4 à 3.6. Périodicité des propriétés des éléments Voir page 3.11. Dans le tableau périodique, qu indique le numéro atomique? 1) 2) Voir l exercice 3.7 Dans un atome neutre: le nombre de protons égale 3

Voici ce qui est indiqué dans une case du tableau périodique (page 3.11) : no atomique 11 Na 22,959 symbole masse atomique EXERCICES : Faire l activité 3.1 pages 3.12 et 3.13; 3.2 pages 3.21 à 3.23. ON EN DÉDUIT QUE : 1) les éléments d une même famille ont : a) des propriétés chimiques semblables (réagissent de la même manière) b) le même nombre d électrons sur la dernière couche électronique 2) le numéro de la famille correspond au nombre d électrons sur la dernière couche électronique 3) le numéro de la période égale le nombre de couches électroniques. Vous voyez maintenant ce qu on voulait dire quand on disait que les propriétés se répètent de façon périodique et que c est pour cette raison que le tableau qui contient tous les éléments est appelé : tableau périodique. Les métaux ee les non métaux Voir la page 3.15. Le tableau périodique se divise en 2 grandes catégories : LES N O N M É T A U X : à droite de l escalier + hydrogène LES M É T A U X : le reste incluant les familles B et les 2 lignes en bas. 4

PROPRIÉTÉS DES MÉTAUX Voir page 3.16 Elles seront à apprendre par cœur en SCP 4012. 1 o 1 liquide (mercure) 0 gazeux À 25 o C : tous sont solides sauf le mercure autres solides 2 o Leur écart métallique les rend brillants; 3 o Conduisent l électricité et la chaleur (contrairement au non métaux qui eux ne conduisent ni la chaleur, ni l électricité); 4 o Ils sont malléables (on peut les déformer sans les briser);* 5 o Ils sont ductiles ( on peut les étirer en forme de fils).* * Ces 2 propriétés ne sont pas écrites dans le livre SCP 4010. Le nom des principales familles du tableau périodique Voir pages 3.16 à 3.20. Ils sont à savoir par cœur. I A Les alcalins* Hydrogène hydrogène ( il est à part) II A Les alcalino-terreux* III A famille du bore IV A famille du carbone V A famille de l azote VI A famille de l oxygène VII A Les halogènes VIII A Les gaz rares ou gaz nobles ou gaz inertes # 89 à 103 Les actinides Tous les alcalins et tous les alcalino-terreux sont des métaux. Pourquoi l hélium n est-il pas dans la famille II A? Parce vu que sa dernière couche électronique est remplie, il ressemble plus aux gaz rares. ********************* Faire les exercices 3.9 à 3.11 ************************* 5

L ISOTOPIE : UNE VARIATION MINEURE À PORTÉE MAJEURE Voir pages 3.25 à 3.30 La masse atomique, ce n est pas la même chose que le nombre de masse. Calcul du nombre de masse == Nombre de masse = Nombre de protons + Nombre de neutrons Formule équivalente == Nombre de neutrons = Nombre de masse - Nombre de protons Remarque : On ne compte pas les électrons quand on calcule la masse car leur masse est négligeable (1/1840 de la masse d un proton). Faire l exercice 3.12 page 3.26. Notation symbolique Voir page 3.26 Nombre de masse 12 Notez que les chiffres ne sont pas placés à la même place C que dans la case du tableau périodique. 6 Numéro atomique 6

C est quoi des isotopes? Deux isotopes sont deux atomes d un même élément qui ont le même nombre de protons et un nombre différent de neutrons. Donc leur structure est différente. Précisons que la structure du noyau, c est ce qui le compose, de quelles particules il est fait. Exemple : Observez attentivement le tableau 3.1 à la page 3.28. Étudions en particulier le carbone. Vous remarquerez que le carbone a 3 isotopes : le carbone 12, le carbone 13 et le carbone 14. Vous remarquerez aussi que le carbone 12 a 6 neutrons dans son noyau, le carbone 13 a 7 neutrons, et le carbone 14 a 8 neutrons, mais que les 3 isotopes ont tous 6 protons dans le noyau. Isotopes Protons Électrons Neutrons Carbone 12 6 6 6 Carbone 13 6 6 7 Carbone 14 6 6 8 Ressemblance dans leur structure : Ils ont le même nombre de protons dans leur noyau. Remarque : On ne dit pas qu ils ont le même numéro atomique. Le numéro atomique, ce n est pas la structure. Différence dans leur structure : Le nombre de neutrons est différent. Nombre de masse : protons + neutrons 6 + 6 = 12 le nombre de masse est 6 + 7 = 13 différent mais ça, ce 6 + 8 = 14 n est pas la structure Les nombres de masse sont 12, 13 et 14 respectivement. 7

En étudiant le tableau des isotopes à la page 3.28, vous voyez que dans la nature, les différents isotopes ne sont pas présents selon le même pourcentage. Ainsi, il y a beaucoup plus de carbone 12 que de carbone 13 ou de carbone 14. En SCP 4012, vous verrez qu il n est pas nécessaire que le nombre de protons soit toujours égal au nombre d électrons. L atome à ce moment-la n est plus neutre: il a donné ou reçu des électrons, il est devenu un ion. Faites les exercices 3.13 à 3.15 aux pages 3.28 à 3.30. Calcul de la masse atomique La masse atomique, c est la masse moyenne qui tient compte de l abondance relative (en %) de chacun des isotopes dans la nature. Exemple de la page 3.27 (à partir du tableau de la page 3.28) Calcul de la masse atomique du carbone = 98,89 x 12 + 1,11 x 13 ------ ----- 100 100 = 12,011 Comparez avec celle inscrite sur le tableau périodique. Faites l exercice 3.16 page 3.30. Propriétés des isotopes: 1) Ils ont les mêmes propriétés chimiques ( parce que les propriétés chimiques dépendent du nombre d électrons); 2) ils ont des propriétés nucléaires différentes (le noyau est différent : le nombre de neutrons n est pas le même. Ainsi, le carbone 12 et le carbone 14 ont les mêmes propriétés chimiques (car ils ont tous les deux 4 électrons sur leur dernière couche électronique, mais ils ont des propriétés nucléaires différentes: le C12 est stable et le C 14 se désintègre. 8

Dans la nature, il y a donc : des isotopes stables, c est-à-dire qui ne se désintègrent pas, et des isotopes instables, c est-à-dire qui se désintègrent. Les atomes de carbone 12, par exemple, sont stables: ils resteront du carbone. Les atomes de carbone 14 se désintègrent: ils deviendront autre chose (de l azote). De même, l uranium est instable: il passera par 14 étapes successives avant de donner du plomb, qui lui est stable. C est ce qu on verra au chapitre 4. Lisez la page 3.31. Question finale: Est-ce que ce sont tous les éléments du tableau périodique qui ont des isotopes, ou si ce sont seulement ceux du tableau de la page 3.28? Faites tous les exercices synthèse des pages 3.34 à 3.38. Vous avez en annexe à la page 3.39 et page 3.40 la liste de tous les éléments du tableau périodique. À l examen, vous aurez en main une copie du tableau périodique. Vous devrez cependant savoir par coeur le nom des 20 premiers éléments. 9

Exercices de révision Petite révision du chapitre 2 : répondez aux questions suivantes. 1- Quelles sont les deux forces agissant dans le noyau? a) la force qui agit sur (quelles particules?) et qui est une force de (répulsion ou attraction?) b) la force qui agit sur (quelles particules?) et qui est une force de (répulsion ou attraction?) 2- Quels sont les deux rôles du neutron? a) éloigner les protons les uns des autres afin de diminuer la force de répulsion (s il n y avait pas de neutrons entre les protons, ces derniers seraient beaucoup plus rapprochés les uns des autres). b) avec les protons, assurer la cohésion du noyau (ce n est pas juste la présence des neutrons qui assure la cohésion du noyau). 3-12 16 16 14 X X X X 6 8 9 6 Quels sont les isotopes? Protons Électrons Neutrons 4- Est-ce que tous les éléments sont des isotopes? Pourquoi? Voir page 3.37 no. 3.33 5- Qu est-ce qui caractérise les éléments d une même famille? Qu est-ce qui caractérise les éléments d une même période? 10

6- Dans le tableau périodique : a) combien sont liquides? b) gazeux? c) Solides? 7- Parmi les métaux OÙ SONT-ILS? a) combien sont liquides? b) combien sont gazeux? c) combien sont solides? 8- Quel est le rapport entre la masse du proton et celle du neutron? Quel est le rapport entre la masse du proton et celle de l électron? Quel est le rapport entre la masse de l électron et celle du neutron? 9- Remplir les 2 tableaux suivants : Symbole Numéro de la famille Nom de la famille Distribution Électronique Numéro de la période Hydrogène Hélium Béryllium Soufre Brome 10- Quel est le nombre d électrons sur la dernière couche électronique? Symbole Nombre d électrons Symbole Nombre d électrons B Ga Se He Pb Ar 11

RÉPONSES AUX EXERCICES SYNTHÈSE Réponse du no 3 : 12 X 6 14 X 6 Protons Électrons Neutrons 6 6 6 6 6 8 Les réponses des nos 4 à 8 sont dans vos notes. 9- Symbole Numéro de la famille Hydrogène H Aucune* Nom de la famille Distribution Électronique Numéro de la période Famille de l hydrogène 1é l ère Hélium He VIII A Gaz nobles 2é 1 ère Béryllium Be II A Alcalinoterreux Soufre S VI A Famille de l oxygène Brome Br VII A Halogènes 2é, 2é 2 e 2é, 8é, 6é 3 e (7é sur la dernière couche)** 4 e 12

L hydrogène forme une famille à part. Il ne fait pas partie des alcalins. Remarquez l espace qu il y a entre l hydrogène et le lithium. Le numéro atomique du brome est supérieur à 20. La règle 2é, 8é, 8é ne s applique donc pas. Tout ce qu on peut vous demander pour un élément dont le numéro atomique est supérieur à 20, c est le nombre d électrons sur la dernière couche électronique. 10- Symbole Nombre d électrons sur la dernière couche B 3 Ga 3 Se 6 He 2 Pb 4 Ar 8 Note : l argent a comme symbole Ag. Ar, c est le symbole de l argon. Passons au chapitre suivant 13