C1 Cours : L’atome

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C1 Cours : L’atome

1. A propos de l’atome

Compléter avec le nom des particules présentes dans un atome

Nom Charge Masse

Autour du noyau électron -1,60.10^-19 C 9,11.10^-31 kg Dans le noyau proton 1,60.10^-19 C 1,67.10^-27 kg

neutron 0 1,67.10^-27 kg

Un atome peut être représenté par une sphère dont le rayon est de l'ordre de 10^-10 m.

Au centre de cette sphère, se trouve le noyau dont le rayon est de l'ordre de 10^-15 m.

Définitions :

Z le numéro atomique d'un noyau, c'est le nombre de protons qu'il contient.

A le nombre de masse d'un noyau, c'est le nombre de nucléons (protons+neutrons) qu'il contient.

Représentation symbolique du noyau :

Isotopie : Les isotopes d'un élément sont les atomes possédant le même numéro atomique Z mais un nombre de masse A différent.

Application 1 : Quelle est la charge électrique d’un électron ? En déduire la charge électrique des électrons dans l’atome de chlore .

Charge électrique des électrons dans l'atome de chlore : - 17 e = - 17×1,6.10^-19 = - 2,7.10^-18 C

Quelle est la charge électrique d’un proton ? En déduire la charge électrique des protons dans l’atome de chlore .

Charge électrique des protons dans l'atome de chlore : 17 e = 17×1,6.10^-19 = 2,7.10^-18 C

Quelle est la charge électrique d’un neutron ? En déduire la charge électrique des neutrons dans l’atome de chlore .

Charge électrique des neutrons dans l'atome de chlore : 0

Compléter les colonnes 2 à 4 du tableau avec vos valeurs puis en déduire la charge électrique de l’atome

cortège électronique protons neutrons atome

Charge électrique - 17 e 17 e 0 0

C1 Cours : L’atome Page 2 Application 2 : Quelle est la masse d’un électron ? En déduire la masse des électrons dans l’atome de chlore

.

Masse des électrons dans l'atome de chlore : 17×9,11.10^-31 = 1,55.10^-29 kg

Quelle est la masse d’un proton ? En déduire la masse des protons dans l’atome de chlore . Masse des protons dans l'atome de chlore : 17×1,67.10^-27 = 2,84.10^-26 kg

Quelle est la masse d’un neutron ? En déduire la masse des neutrons dans l’atome de chlore . Masse des protons dans l'atome de chlore : 18×1,67.10^-27 = 3,00.10^-26 kg

Compléter les colonnes 2 à 4 du tableau avec vos valeurs puis en déduire la masse du noyau et de l’atome

cortège électronique protons neutrons noyau atome

Masse(kg) 1,55.10^-29 2,84.10^-26 3,00.10^-26 5,84.10^-26 5,84.10^-26

Conclusion : l’atome est électriquement neutre

Toute la masse de l’atome est contenue dans son noyau

2. Masse molaire

La mole a été définie pour qu’un élément ait une masse molaire de A g.mol^-1. Exemples : l’hydrogène a une masse molaire de 1,0 g.mol^-1

le chlore 35 ( ) a une masse molaire de 35 g.mol^-1 le chlore 37 ( ) a une masse molaire de 37 g.mol^-1

On rencontre dans la nature le chlore sous les deux formes en proportion de 75% pour le chlore 35 et 25%

pour le chlore 37. La masse molaire de l’élément chlore est donc intermédiaire entre 35 et 37. Exactement la masse molaire du chlore est :

soit

Application 3 : Le fer est présent à l'état naturel sous 4 forme : 91,72% de fer 56 ; 5,8% de fer 54 ; 2,2% de fer 57 et 0,28% de fer 58. Quelle est la masse molaire d'un échantillon de fer ?

M(Fe) = 0,9172×56 + 0,058×54 + 0,022×57 + 0,0028×58 = 55,9 g.mol^-1

3. Structure électronique

Rappel seconde : http://olical.free.fr/coucprin.swf

Les électrons remplissent successivement les couches K, L, M etc…

Ces couches électroniques vues en seconde sont elle-même constituées de sous couches notées s, p, d, f pouvant contenir respectivement 2, 6, 10 et 14 électrons.

Sous couches : Couche K

contient au 2 e^- max

1s

contient 2 e^- max

C1 Cours : L’atome Page 3 Couche L

contient 8 e^- max

2s contient 2 e^- max

2p

contient 6 e^- max Couche M

contient 18 e^- max

3s

contient 2 e^- max

3p

contient 6 e^- max

3d

contient 10 e^- max Couche N

contient 32 e^- max

4s

contient 2 e^- max

4p

contient 6 e^- max

4d

contient 10 e^- max

4f

contient 14 e^- max Règle de remplissage des sous couches dite règle de Klechkowski :

Exemple : l’atome de chlore 35 possède 17 électrons : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵

Application 4 : En utilisant la règle de Klechkowski déterminer les structures électroniques de :

l’atome de sodium 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ l’atome d’oxygène 1s² 2s² 2p⁴

l’atome de potassium 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ l’atome de brome 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁵

l’atome de mercure 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰

l’ion sodium 1s² 2s² 2p⁶ (un électron en moins que l'atome de sodium) l’ion bromure 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ (1 électron en plus que l'atome de brome)

Données : ; ; ; ; ;

4. Classification périodique

La classification périodique a été introduite au XIX^ème par Mendeleïev. Elle comporte actuellement 92 éléments naturels et une vingtaine d’éléments artificiels.

Les éléments sont rangés par ordre croissant de numéro atomique. Les éléments d’une même famille (éléments ayant des propriétés chimiques similaires) sont rangés dans une même colonne.

La 1^ère colonne correspond à la famille des alcalins.

La 2^ère colonne correspond à la famille des alcalino-terreux.

La 17^ère colonne correspond à la famille des halogènes.

La 18^ère colonne correspond à la famille des gaz rares (ou nobles ou inertes).

4.1. Lien entre place dans la classification et structure électronique : L’atome de brome a pour structure électronique 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁵

 Chercher la dernière couche s : 4s  l’élément est sur la 4^ème période (ligne) de la classification

 Compter tous les électrons à partir de la dernière couche s : 2 + 10 + 5 = 17  l’élément est dans la 17^ème colonne de la classification

Remarque : tous les éléments d’une même colonne possèdent la même dernière sous couche.

Remarque : la ligne 1 possède 2 colonnes ; les lignes 2 et 3 possèdent 8 colonnes ; les lignes 4 et 5 possèdent 18 colonnes et les lignes 6 et 7 possèdent 32 colonnes

C1 Cours : L’atome Page 4 Application 5 : Déterminer à l’aide des structures

électroniques de l’application 3 la position dans la classification périodique des éléments suivants :

le sodium ; l’oxygène ; le potassium ; le brome ; le mercure

sodium 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ : 3^ème ligne (couche s la plus grande), 1^ère colonne (on compte 1 électron à partir de 3s) oxygène 1s² 2s² 2p⁴ : 2^ème ligne (couche s la plus grande), 6^ème colonne (on compte 6 électrons à partir de 2s) potassium 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ : 4^ème ligne, 1^ère colonne (on compte 1 électron à partir de 4s)

brome 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁵ : 4^ème ligne, 17^ème colonne (on compte 17 électrons à partir de 4s)

mercure 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ : 6^ème ligne, on devrait être dans la 26^ème colonne cependant le tableau de mendeleiev ne laisse pas la place aux 14 colonnes 4f donc on est seulement à la colonne 12.

4.2. Evolution de quelques propriétés dans la classification périodique : 4.2.1. Le rayon atomique

Sur une même ligne le rayon atomique diminue de gauche à droite

Sur une même colonne le rayon atomique augmente de haut en bas

Application 6 : Comparer les rayons des différents atomes :

r(K) > r(Na) ; r(K) > r(Br) ;

r(Hg) > r(O) ; r(Hg) ?? r(Na) impossible de répondre à cette dernière comparaison avec les deux règles cité ci dessus

4.2.2.L’électronégativité

Définition : L’électronégativité est l’aptitude d’un atome à attirer les électrons de la liaison covalente.

On constate donc que l'électronégativité augmente quand on se déplace de gauche à droite dans une ligne du Tableau Périodique.

Par ailleurs l'électronégativité diminue de haut en bas dans une même colonne du Tableau Périodique.

4.2.3.L’énergie d’ionisation

Définition : L’énergie d’ionisation est l’énergie nécessaire pour arracher un électron à un atome isolé pris dans l’état gazeux.