La théorie atomique Chimie 11 chapitre 4
Il était une fois... les Grecs 500 av. J.-C. : Empédocle divise la matière en quatre éléments : La terre, l'air, le feu et l'eau Démocrite et Leucippe de Millet proposent la notion d'atome : Des particules invisibles qui composeraient la matière Atome (atomos) = indivisible 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 2
Il était une fois... le Moyen-Âge Développement de l'alchimie : transmutation des métaux «vils» en métaux «nobles» ex : le cuivre en or Les alchimistes développèrent l'observation, l'expérimentation, la mesure et la classification des éléments 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 3
Il était une fois... les Anglais 1803 : John Dalton reprend la théorie de l'atome qu'il modélise comme des petites billes. Il s'appuie sur les travaux de Boyle, Lavoisier et Proust : loi de la conservation de la masse masse réactifs = masse produits loi des proportions définies un composé contient toujours les mêmes éléments dans les mêmes proportions loi des proportions multiples 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 4
Il était une fois... les Anglais Dalton propose une théorie basée sur les hypothèses suivantes : les corps purs simples sont composés de minuscules particules appelées atomes. Tous les atomes d'un corps pur simple sont identiques en taille, poids, volume et propriétés chimiques. Les corps purs composés sont faits d'atomes différents mais dont les proportions sont des nombres entiers. Lors d'une réaction chimique, il n'y a ni création ni destruction d'atomes seulement une recombinaison 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 5
Il était une fois... les Anglais Fin XIXe siècle, expérimentations avec les radiations : le tube cathodique les rayons α, β et γ 1897 : Thompson découvre l'électron et propose un nouveau modèle de l'atome «le plum-pudding» 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 6
La découverte du noyau 1912 : Rutherford découvre le noyau. Il envoie des particules sur une mince feuille d'or et découvre que seulement une faible partie rebondit à mise en évidence de la structure lacunaire de la matière 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 7
En résumé... Un atome est constitué d'électrons qui gravitent autour d'un noyau. Le noyau est composé de protons et de neutrons. Stabilité : nombre de protons = nombre d'électrons Le nombre de neutrons peut être variable : isotope 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 8
Définitions le numéro atomique Le numéro atomique est le nombre de protons de l'atome. Il définit la nature de l'atome. Si l'atome est neutre, c'est aussi le nombre d'électrons Si le nombre de protons est différent du nombre d'électrons, l'atome est chargé positivement ou négativement. On l'appelle un ion : un cation (+) ou un anion (-) 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 9
Définitions la masse atomique -1 La masse d'un atome est extrêmement faible : Protons & neutrons ~ 10-27 kg Électrons ~ 10-31 kg Notion de masse atomique relative par comparaison des poids des atomes entre eux : 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 10
Définition la masse atomique - 2 La masse étalon choisie est le douzième de la masse de l'isotope 12 du carbone Elle ne possède pas d'unité La masse atomique relative est la moyenne des masses des isotopes selon leur pourcentage. Concrètement, elle est proche de la somme des protons et des neutrons. 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 11
L'atome de Bohr 1913 : Bohr améliore le modèle planétaire de Rutherford et explique comment un atome peut échanger de l'énergie sans s'autodétruire. è 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 12
Le spectre de lumière de l'atome Lorsqu'un atome est soumis à une source d'énergie, il absorbe cette énergie puis la renvoie sous forme d'ondes lumineuses L'électron absorbe l'énergie nécessaire pour sauter sur une nouvelle orbite lorsqu'il revient à son orbite initiale, il renvoie cette énergie 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 13
Les découvertes de Planck Les atomes et les molécules ne peuvent émettre que des paquets d'énergie appelé quanta un quantum = la plus petite quantité d'énergie qu'un atome ou une molécule peut émettre. 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 14
La théorie de Niels Bohr 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 15
La théorie quantique l'incertitude d'heisenberg Il est impossible de déterminer simultanément et précisément la quantité de mouvement et la position d'une particule. L'électron en orbite ne suit pas un chemin précis 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 16
La théorie quantique la thèse de De Broglie la lumière est à la fois onde et particule, pourquoi est-ce que la matière et donc l'électron n'aurait pas la même particularité? 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 17
La théorie quantique les équations de Shrödinger introduit le concept de densité électronique, ie la probabilité qu'un électron se trouve dans une certaine région de l'atome. 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 18
Les nombres quantiques Les orbitales sont caractérisées par : n ou la couche : désigne la taille de l'orbitale n= 1, 2, 3... l ou la sous-couche : désigne la forme de l'orbitale s = sphérique, p = 2 lobes, d = 4 lobes, etc. Chaque orbitale contient deux électrons de spins opposés 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 19
Les orbitales 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 20
La configuration électronique Si n=1, une seule orbitale possible, s. Si n= 2, deux orbitales possibles, s et p. Si n=3, trois orbitales possibles, s, p et d. Notation : 1s 2 2s 2 2p 1 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 21
Le remplissage électronique 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 22
La notation électronique On indique le numéro de la couche, puis l'orbitale et on met le nombre d'électrons en exposant de l'orbitale dans l'ordre de remplissage exemple: Fe 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 Pour une notation abrégée, on utilise le gaz rare le plus proche : Fe [Ar] 4s 2 3d 6 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 23
Électrons de coeur Les électrons de coeur sont les électrons les plus stables de l'atome. Ils ne participent pas aux liaisons chimiques. Les électrons de valence, au contraire, sont ceux qui sont responsables des propriétés chimiques de l'atome. Exemple : Fe [Ar] 4s 2 3d 6 les électrons de coeur sont ceux de l'argon les autres sont les électrons de valence 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 24
Les nouvelles théories 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 25
Les nouvelles théories 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 26
Les nouvelles théories 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 27
Les symboles atomiques Les corps purs élémentaires sont représentés par des symboles, généralement la première lettre de leur nom. C'est grâce à un chimiste suédois, Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) que les symboles chimiques se sont universalisés. 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 28
Dimitri Ivanovich Mendeleïev Classifications antérieures : groupements par propriétés physiques ou chimiques communes En 1869, Mendeleïev remarque que les propriétés varient périodiquement en fonction de la masse atomique Il propose une classification sur cinq colonnes Il met en évidence : La périodicité des propriétés Le lien entre propriétés et masse Il laisse des cases vides!!!!... 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 29
Le tableau périodique 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 30
Propriétés du tableau périodique La classification est faite suivant le nombre atomique Une période = une rangée Une famille = une colonne Les colonnes donnent le nombre d'électrons de valence Périodicité des propriétés Représentation des éléments : a = numéro atomique b = symbole de l'élément c = masse atomique 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 31
Les électrons de valence Les ions sont des atomes qui ont perdu ou acquis des électrons lors d'une réaction chimique : Les électrons de la dernière couche sont les plus mobiles Les électrons de la sous-couche p sont plus mobiles que ceux de la sous-couche s. Les électrons de valence sont les électrons qui peuvent être échangés lors d'une réaction chimique Les éléments d'une même famille ont le même nombre d'électrons de valence. 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 32
La valence d'un élément La valence d'un atome est le nombre d'électrons libres de l'atome Il s'agit donc des électrons qui sont sur une sous-couche incomplète qui ne sont pas en couple Elle définit la capacité de l'atome à se lier à d'autres atomes pour former des molécules C'est un chiffre compris entre 0 et 4 Exemple: la valence de l'oxygène est 2. la valence de l'hélium est 0. 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 33
Les liaisons chimiques L'énergie d'ionisation : énergie nécessaire pour arracher un électron à un atome Énergie de première ionisation, de deuxième ionisation, etc. Les gaz rares sont très stables : énergie d'ionisation très élevée L'électronégativité : capacité d'un atome à voler les électrons d'un autre atome ì de gauche à droite sur une période î de haut en bas sur une famille 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 34
L'électronégativité 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 35
Les liaisons ioniques Les liaisons ioniques sont constituées par l'attraction des ions négatifs avec les ions positifs Elles se forment entre les éléments des colonnes opposées du tableau périodique : un métal plus un non-métal Ce sont des liaisons difficiles à briser Température de fusion élevée Ex. : NaCl Liaisons ioniques = don d'électrons 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 36
Les liaisons covalentes Les liaisons covalentes se forment entre les nonmétaux Forte électronégativité : les atomes partagent un nombre égal d'électrons afin de compléter leur couche externe Ce sont des liaisons extrêmement fortes. Liaison covalente parfaite : mêmes atomes, molécule symétrique. Ex. : H 2, O 2, N 2 Liaison covalente polarisée : faible différence d'électronégativité. Ex. : HCl Liaison covalente = partage d'électrons 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 37
La représentation de Lewis Représentation de Lewis : on représente seulement les électrons de la dernière couche. 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 3 2 1 0 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 38
Règles du jeu on compte le nombre d'électrons de valence dans la molécule on met deux électrons par liaison on complète la dernière couche des atomes on place les électrons restant au centre on remplace les liaisons par des tirets. 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 39
Exemple la molécule NH 4 + a 8 électrons de valence : 4 pour chaque H plus 5 pour N moins un électron perdu. H H + H N H H N H H H 10-01-19 Chimie 11 - chapitre 4 40