Thème : matériaux
CHAP 1 : LA STRUCTURE DE LA MATIERE I) L'ATOME :
a) Présentation générale :
La matière vivante ou inerte est composée de petites particules appelées atomes. L'atome peut se représenter de la façon suivante :
Il est composé d'un noyau autour duquel gravitent des électrons. Le noyau est formé de nucléons : protons et neutrons. Dans un atome, il y a autant de charges positives que de charges négatives. L’atome est électriquement neutre.
masse charge
électron 9,1.10-31 kg négative : - 1,6.10-19 C proton 1,67.10-27 kg positive : - 1,6.10-19 C
neutron 1,67.10-27 kg neutre : 0
noyau mtotale : protons + mtotale : neutrons positive atome mprotons + mneutrons + mélectrons neutre : 0
Dans le tableau de la classification périodique des éléments, on trouve les symboles de chaque élément avec leur nombre de protons (=électrons) (appelé numéro atomique Z) et leur nombre de nucléons (appelé nombre de masse A).
nombre de masse {= nombre de nucléons (protons + neutrons)} A
numéro atomique { = nombre de protons = nombre d'électrons} Z
Exemples :27 Al
13 11H 3517 Cl 168O 126C
ISOTOPES : ce sont des atomes qui ont le même numéro atomique mais des nombres de masse différents
dans le tableau de la classification périodique des éléments : 1ère colonne : les alcalins à l'exception de l'hydrogène
avant dernière colonne : les halogènes dernière colonne : les gaz rares (ou nobles) b) Les électrons autour de l'atome :
Les électrons se répartissent autour du noyau en couches (ou trajectoires) successives. La plus proche du noyau est appelée K et peut contenir au maximum deux électrons.
protons
neutrons électrons
Dans le noyau on trouve :
Autour du noyau on trouve :
Trajectoire ou couche nombre maximal d'e- possibles nombre de paires ou doublets d'e-
K 2 2
L 8 4
M 8 4
Il existe bien d'autres couches d'électrons.
Les électrons commencent par occuper les premières couches proches du noyau en se groupant par paires ou doublets quand cela est possible.
Exemples :
atome d'hydrogène
1 électron atome d'oxygène2 e- célibataires8 électrons 3 e- célibatairesatome d'azote7 électrons atome de chlore1 e- célibataire17 électrons 1 e- célibataire
c) Schéma de LEWIS d'un atome :
Cela consiste à représenter uniquement les électrons de la dernière trajectoire (la plus loin du noyau).
Exemples :
H O N Cl le trait remplace une paire d'électrons
II) LES MOLECULES :
La molécule est un groupement d'atomes liés entre eux par des liaisons covalentes. Elle est électriquement neutre. Une liaison covalente est la mise en commun d'un doublet d'électrons entre deux atomes.
Exemple : la molécule d'ammoniac :
H N
H
H H N
H
H la liaison covalente se représente par un trait
NH3 est la formule brute de la molécule d’ammoniac. Et ci-dessus, c’est sa formule développée.
Règle importante : la règle de l'octet :
Dans une molécule, les différents atomes tendent à acquérir la structure électronique externe du gaz rare le plus proche dans la classification périodique.
exemples : la molécule NH3 : l'hydrogène tend à acquérir la structure de l'hélium (2 électrons) et l’azote tend à acquérir la structure du néon (8 électrons).
III) LES IONS :
Un ion est un atome qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons.
Exemples : Na+ : atome de sodium qui a perdu un électron, Cl− : atome de chlore qui a gagné un électron.
IV) LA MOLE :
A notre échelle, il est difficile de dénombrer les atomes, molécules …dans un morceau de matière car c’est un nombre immensément grand.
On compte alors les atomes, molécules…par « paquet » de matière que l’on appelle « mole ».
Et dans une mole de matière, il y a toujours le même nombre d’atomes ou molécules ou ions…
Ce nombre s’appelle le nombre d’Avogadro : N = 6,02.1023 particules/mole Exemples :
- Dans une mole de carbone, il y a 6,02.1023 atomes de carbone C.
- Dans une mole d’eau, il y a 6,02.1023 molécules d’eau H2O.
…
Par conséquent, comme les atomes, molécules… n’ont pas la même masse, la masse de leur mole sera également différente.
La masse molaire atomique est la masse d'une mole d'atome. Elle s'exprime en g/mol ou g.mol−−−−1. La masse molaire moléculaire est la masse d'une mole de molécule. Elle s'exprime en g/mol ou g.mol−−−−1.
Exemples :
M(H) = 1 g/mol : une mole d’hydrogène a une masse de 1 g.
M(O) = 16 g/mol : une mole d’oxygène a une masse de 16 g.
M(H2O) = 2 M(H) + M(O) = 18 g/mol : une mole d’eau a une masse de 18g.
Calcul du nombre de moles dans un morceau de matière de masse m : Exemple :
On dispose de 60 g d’eau. Combien de moles y a-t-il dans ces 60g d’eau ? 1 mole d’eau 18 g
? 60 g
En faisant un produit en croix on trouve : 3,33 moles d’eau g/mol)
(en molaire masse
g) (en matière la
de masse moles
de
nombre =
