Les éléments chimiques : L’atome.

H.S.2.2.A Comment établir la composition d’un liquide courant

Les éléments chimiques : L’atome.

I) Les éléments chimiques :

L’air, l’eau et la terre ont dans leur constitution des éléments en commun : .

Les autres éléments qui interviennent dans leur constitution sont : l’azote, le carbone etc.…

Ils existent dans la nature éléments distincts, l’homme en a créé , chacun de ces éléments est représenté par un symbole. Chaque symbole est représenté par , la première étant toujours une , la deuxième étant toujours une .

Exemple : Carbone Oxygène Cuivre Hydrogène

Azote Chlore

Sodium Fer

II) L’atome :

1) Composition d’un atome :

La matière est constituée de particules appelées . L’atome est constitué de deux parties :

- Un contenant des (électriquement neutres) et des (électriquement positifs).

- Un nuage ou cortège (électriquement négatifs) gravitant autour du noyau.

Électrons

Protons Neutrons

Quelques chiffres :

Taille de l’atome : 10^-10 m = 1 A^°

Masse (kg) Charge (C)

Proton 1,67x10^-27 1,6x10^-19

Électron 9,1x10^-31 -1,6x10^-19

Neutron 1,67x10^-27 0

La masse de l’électron étant très petite par rapport à celles du proton et du neutron, la masse de l’atome est concentrée dans son noyau.

L’atome étant électriquement neutre, les charges du proton et de l’électron étant égales en valeur absolue, nous pouvons dire qu’il y a dans un atome.

2) Symbolisation de l’atome :

On symbolise l’atome à partir des lettres représentant l’élément auxquelles on affecte deux nombres .

Si X correspond à l’élément et A et Z les nombres caractéristiques de cet atome, on représentera celui-ci de la façon suivante :

A

X

Z

A est appelé , il correspond à la constitution du noyau (Nombre de + nombre de ) A = p⁺ + n

Z est appelé , il correspond au nombre de charges négatives donc au nombre de charges positives. Z = p⁺ = e^-

Z est également appelé . Exemple : Na²³₁₁

Z = 11 è l’atome contient protons et électrons.

A = 23 è l’atome contient neutrons

Exercice : Donner la composition en électrons, protons et neutrons des atomes suivants :

31P

15 ₁₇³⁵Cl ₁₂²⁴Mg

Exercice : Soit un atome dont le noyau contient 30 neutrons. Son cortège électronique a une charge globale de –4x10^-18 C.

a) Combien d’électrons comporte le nuage électronique ?

b) Quel est le numéro atomique de l’atome ? c) Quel est le nombre de masse de l’atome ? d) Quel est cet atome ?

3) Les isotopes .

Des isotopes sont des atomes qui ont un même nombre , mais des nombres de différents.

Exemple : ²³⁸₉₂U et ²³⁵₉₂U L’uranium 235 est utilisé dans les centrales nucléaires.

4) Structure électronique, niveaux d’énergie.

Les électrons sont répartis autour du noyau selon des niveaux d’énergie.

- le premier niveau correspond aux électrons les plus liés aux atomes. Il peut contenir électrons au maximum.

- Le deuxième niveau peut contenir électrons au maximum.

- Le troisième niveau peut également contenir électrons au maximum (normalement 18 mais hors programme).

Plusieurs chimistes ont proposé des modèles de représentation des atomes, nous en retiendrons deux.

a) Représentation suivant le modèle de Bohr :

Les niveaux d’énergie sont représentés par des cercles concentriques. Le premier niveau correspond à la couche k, le deuxième à la couche L, puis m etc. …

Noyau Couche k

Couche L Couche m

On commence toujours par compléter la couche de niveau d’énergie le plus important, c’est à dire la couche k, puis on complète la couche L etc. …

On rajoute chaque électron sur une même couche en tournant dans le même sens.

Exemples :

L’hydrogène H₁¹ L’oxygène ¹⁶₈O Le soufre ₁₆³²S

b) Le modèle de Lewis :

On ne représente que le niveau d’énergie le plus faible, c’est à dire la dernière couche électronique. Un électron célibataire sera représenté par : £

Un doublet d’électrons sera représenté par :

-

Exemple : Le soufre ³²₁₆

S

1 1

M

1 1 1 1

1 1 1 1

L

1 1 1 1

1 K

1

La couche M contient deux électrons célibataires et deux doublets électroniques, la représentation suivant le modèle de Lewis sera la suivante :

S

Exercice : Représenter l’hydrogène et l’Oxygène suivant le modèle de Lewis.

5) Classification périodique des éléments :

Le russe Dimitri MENDELEEV en 1869 a proposé une classification des éléments en fonction de leur propriété chimique. Avec la découverte de l’atome, de l’électron etc … Cette classification s ‘avère juste et est devenue la classification périodique des éléments.

Dans la classification périodique :

- Les éléments sont classés .

- Une colonne est constituée d’éléments dont les atomes ont le même nombre sur leur couche externe.

- Une ligne est constituée d’éléments dont les atomes ont le même nombre de .

Ligne 1 couche K Ligne 2 couche L Ligne 3 couche M Ligne 4 couche N

Puisque la classification indique que les éléments d’une même colonne ont des propriétés chimiques voisines, nous admettrons que les propriétés chimiques sont déterminées par la des atomes.

Classification périodique des éléments

Principales colonnes Principales colonnes

Couche Période

I II Nombre de III IV V VI VII VIII

masse de l’isotope

le plus abondant : A r

K 1

11H

hydrogène 1,01

Numéro atomique : Z r ^Z AX

nom M

M : masse molaire atomique

← (g/mol) du mélange isotopique naturel

42He

Hélium 4,00

L 2 ³

7Li

lithium 6,94

49Be

bérylium 9,01

115B

Bore 10,8

126C

Carbone 12,0

147N

Azote 14,0

168O

Oxygène 16,0

199F

Fluor 19,0

1020Ne

Néon 20,2

M 3 ¹¹

23Na

sodium 23,0

1224Mg

magnésium

24,3 Éléments de transition ¹³

27Al

Aluminium 27,0

1428Si

Silicium 28,1

1531P

Phosphore 31,0

1632S

Soufre 32,1

1735Cl

Chlore 35,5

1840Ar

Argon 39,9

N 4 ¹⁹

39K

potassium 39,1

2040Ca

calcium 40,1

2145Sc

scandium 45,0

2248Ti

titane 47,9

2351V

Vanadium 50,9

2452Cr

Chrome 52,0

2555Mn

Manganèse 54,9

2656Fe

Fer 55,8

2759Co

Cobalt 58,9

2858Ni

Nickel 58,7

2963Cu

Cuivre 63,5

3064Zn

Zinc 65,4

3169Ga

gallium 69,7

3274Ge

germanium 72,6

3375As

Arsenic 74,9

3480Se

sélénium 79,0

3579Br

brome 79,9

3684Kr

krypton 83,6

O 5 ³⁷

85Rb

rubidium 85,5

3888Sr

strontium 87,6

3989Y

yttrium 88,9

4090Zr

zirconium 91,2

4193Nb

niobium 92,9

4298Mo

molybdène 95,9

4398Tc

technétium 99,0

10244Ru

ruthénium 101,1

10345Rh

Rhodium 102,9

10646Pd

palladium 106,4

10747Ag

argent 107,9

11448Cd

cadmium 112,4

11549In

indium 114,8

12050Sn

étain 118,7

12151Sb

antimoine 121,8

12852Te

tellure 127,6

12753I

iode 126,9

12954Xe

xénon 131,3

P 6 ⁵⁵

133Cs

césium 132,9

13856Ba

baryum

137,3 ^{57 à 71} lanthanides

18072Hf

hafnium 178,5

18173Ta

tantale 180,9

18474W

tungstène 183,9

18575Re

rhénium 186,2

19276Os

osmium 190,2

19377Ir

iridium 192,2

19578Pt

platine 195,1

19779Au

or 197,0

20280Hg

mercure 200,6

20581Tl

thallium 204,4

20882Pb

plomb 207,2

20983Bi

bismuth 209,9

21084Po

polonium 210

21885At

astate 210

22286Rn

radon 222

Q 7 ⁸⁷

223Fr

francium 223

22688Ra

radium 226,1

89 à 103 actinides

104261Rf

ruther- fordium 261

105262Db

dubnium 262

106266Sg

seabor-gium 20,2

107264Bh

Bohrium 264

108269Hs

Hassium 269

109268Mt

meitnerium 268

110269Uun Unun- nilium 269

111272Uuu Unun- unium 272

112277Uub Ununbium

277

114285Uuq Unun- quadium

285

116289Uuh Unun- hexium 289

293 118Uuo

Unun- octium 293

13957La

lanthane 138,9

14058Ce

Cérium 140,1

14159Pr

praséodyme 140,9

14460Nd

néodyme 144,2

14861Pm

promé- thium 145

15262Sm

samarium 150,4

15363Eu

europium 152,0

15864Gd

gadonium 12,0

15965Tb

terbium 158,9

16266Dy

dyspro- sium 162,5

16567Ho

holmium 164,9

16668Er

erbium 167,3

16969Tm

thulium 168,9

17470Yb

ytterbium 173,0

17571Lu

lutétium 175,0

22789Ac

actinium 227

23290Th

thorium 232

23191Pa

proactinium 231

23892U

uranium 238,0

23793Np

neptunium 237,0

23994Pu

plutonium 242,0

95Am

Amé- ricium

243

96Cm

Curium 247,0

97Bk

berkélium 249,0

98Cf

cali- fornium

249

99Es

einsteinium 254

100Fm

fermium 255,0

101Md

mendè- lévium 256

102No

nobélium 253,0

103Lw

lawrencium 257

Métaux alcalins

Alcalino- terreux

Autres métaux

Non métaux

Halo-

gènes Gaz rares