- Constitution d’un atome →

Cours 2nd GT-05 V1

1

- Constitution d’un atome

→ Un atome est formé

d’électrons en mouvement

(cortège électronique)

autour d’un noyau

chargé positivement.

→ Un

électron

est une particule de

charge négative (notée : ).

→ Les

protons

situés dans le noyau portent des

charges positives (notée : ).

→ Dans un atome,

il y a autant de protons que d’électrons

. On dit que l’atome est

électriquement neutre.

.

→ Dans un noyau deux particules sont présentes : les protons (noté : ) et

les neutrons (noté : N)

qui n’ont aucune charge, ils sont donc

neutres.

→ Les neutrons et les protons forment les

nucléons. (Proton + Neutron)

2- Symbole chimique

La matière est constituée d’atomes. Chaque atome est représenté par un symbole chimique : lettre majuscule souvent accompagnée d’une minuscule.

Il en existe une centaine d’éléments répertoriés dans le tableau périodique.

3- Application

L’atome de béryllium est représenté ci-contre.

1-1 Quelles sont les particules présentes dans le noyau ?

1-2 Combien y a-t-il de protons et de neutrons. Trouver le nombre de nucléons.

1-3 Qu’est ce qui vous permet de dire que l’atome de béryllium est électriquement neutre.

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1- Quelques définitions

 Le

nombre de protons

d’un atome est représenté par

le numéro atomique

,

noté Z

.

Exemple 1 : Le numéro atomique de l’élément carbone est : . Combien a-t-il de protons dans son noyau ?

Exemple 2 : L’atome de fer possède 26 protons et 30 neutrons dans son noyau. Quel est son numéro atomique ?

 Le

nombre de nucléons

,

noté A

, est égal à

la somme des protons ( )

représenté par le numéro atomique (Z)

et des neutrons (N)

présents dans le noyau de l’atome.

A = Z + N

Pour trouver le nombre de neutrons la relation devient :

N = A – Z

Exemple 1 : L’élément cuivre à pour numéro atomique ( ) et un nombre de nucléons

Combien possède-t-il de protons ( ), d’électrons ( ) et de neutrons (N).

Exemple 2 : L’élément fluor à pour numéro atomique et un nombre de nucléons . Combien possède-t-il de protons ( ), d’électrons ( ) et de neutrons (N).

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2- Notation symbolique de l’atome

On représente l’atome de la façon suivante :

X : Représente le symbole de l’élément.

A : Le nombre de nucléons.

Z : le numéro atomique.

3- Applications

Exemple 1 : Le sodium est un métal, sa notation symbolique est la suivante : 1-1 Quel est le symbole de l’élément.

1-2 Donner son numéro atomique (Z).

1-3 Quel est le nombre de nucléons (A) de cet atome.

1-4 Déterminer le nombre de protons ( ), électrons ( ) et neutrons (N) présent dans l’atome de sodium.

Exemple 2 : Le fer métallique est un métal de couleur gris. Sa notation symbolique : 2-1 Quel est le symbole de l’élément.

2-2 Donner son numéro atomique (Z).

2-3 Quel est le nombre de nucléons (A) de cet atome.

2-4 Déterminer le nombre de protons.

2-5 Combien a-t-il d’électrons ? Justifier la réponse.

2-6 Calculer le nombre de neutrons.

Exemple : Pour l’élément cuivre sa représentation symbolique est :

A = 63 ; Z = 29 ;

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Exemple 3 : L’aluminium est un métal de couleur gris. Son symbole chimique est :

A l

^.

Il est utilisé en autre pour la fabrication des canettes de sodas.

Cet atome possède 13 protons et 14 neutrons. 3-1 Combien a-t-il d’électrons ? Justifier la réponse.

3-2 Quel est son numéro atomique (Z) ? 3-3 Calculer le nombre de nucléons (A).

3-4 Représenter cet atome d’aluminium par sa notation symbolique.

Exemple 4 : Le mercure est un métal liquide à température ambiante. Son symbole chimique est

Hg

.

Cet atome possède

80 électrons

,

80 protons

et

120 neutrons

. 4-1 Quel est son numéro atomique (Z) ?

4-2 Calculer le nombre de nucléons (A).

4-3 Représenter l’atome de mercure par sa notation symbolique.

Exercice 5 : Donner les valeurs de A, Z et N pour les deux atomes (chlore et iode) suivants :

et

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1- Dimension d’un atome

L’ordre de grandeur du rayon d’un atome est de .

L’ordre de grandeur du rayon du noyau est d’environ . Le rayon d’un atome est fois plus grand que celui de son noyau.

L’espace existant entre les électrons mais aussi entre les électrons et le noyau est vide. On dit que l’atome a une

structure lacunaire

.

2- Masse d’un atome

La masse d’un atome est égal à la somme des masses des particules qui le compose.

Dans un atome, on a 3 types de particules.

Particules Masse en kilogramme

Electrons

Protons

Neutrons

La masse d’un atome est pratiquement égale à celle de son noyau.

: masse d’un atome en kg ; A : nombre de nucléons ;

3- Application

Exercice n°1 : Calculer la masse d’un atome de fer. On donne :

Exercice n°2 : On a représenté l’atome de lithium.

2-1 Quel est son numéro atomique ?

2-2 Quel est le nombre de nucléon de cet atome ? 2-3 Calculer la masse d’un atome de lithium.

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1- Généralités

Les électrons se répartissent dans des couches électroniques (notées : ), elles même subdivisées en une ou plusieurs sous-couches (notées : ).

Couche Nombre de sous-couche(s) par couche

Un nombre limité d’électrons dans chaque sous-couche est imposé.

La sous-couche (s) contient au maximum 2 électrons.

La sous-couche (p) contient au maximum 6 électrons.

La sous-couche (d) contient au maximum 10 électrons.

Compléter le tableau en y indiquant le maximum d’électrons par couche.

N° de la couche Nombre d’électrons par couche

2- Répartition électronique

→ La répartition des électrons se fait sur les différentes sous-couches dans un ordre précis :

→ Les électrons remplissent progressivement les sous-couches jusqu’à saturation de cette dernière.

→ On ne peut passer à la sous-couche suivante si l’on n’a pas remplies au maximum les sous-couches inférieures.

3- Les électrons de valence

Pour les électrons de valence sont ceux qui occupent la dernière couche électronique remplie. Elle se nomme alors

configuration électronique de valence

.

Exemple : Structure électronique du bore (B) ;

Dernière couche occupée : . Électrons de valence Combien d’électrons de valence compte l’atome de bore : ………

Les électrons de valence sont responsables de la réactivité chimique.

Exemple : L’élément carbone (C), a pour numéro atomique : .

① Combien a t-il de protons ?

② Combien a-t-il d’électrons ? Justifier la réponse.

③ Donner la configuration électronique de cet élément.

④ Donner la configuration électronique de valence pour cet atome.

⑤ Combien d’électrons sur la couche de valence.

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4- Application

Exercice n°1 : Compléter le tableau.

→ Indiquer le nombre d’électrons présents dans chaque sous-couche,

→ La configuration électronique de l’élément.

→ Entourer la configuration électronique de valence pour chaque atome.

Symbole

Z

Couche

Couche

Couche

Configuration électronique

Hydrogène

H 1

Azote

N ⁷

Magnésium

Mg ¹²

Chlore

Cl 17

Sodium

Na 11

Phosphore

P ¹⁵

Exercice n°2 : On considère un atome d’oxygène, dont le noyau a pour symbole : . La configuration électronique de cet atome à l’état fondamental est : .

2-1 Combien d’électrons cet atome possède t-il ?

2-2 A-t-il une couche électronique complète ? Si oui laquelle ? 2-3 Combien d’électrons sur la couche de valence.

Exercice n°3 : le double vitrage à isolation renforcée avec un gaz, l’argon est un bon moyen d’isolation au moins deux fois plus efficace qu’un double vitrage classique.

Soit la configuration électronique de l’argon.

3-1 Combien d’électrons sont présents sur chacune des couches électroniques.

3-2 Au total combien d’électrons cet atome possède-t-il ? 3-3 Combien d’électrons sur la couche de valence.

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1- Critères de construction du tableau

C’est en 1869, le chimiste Russe Dimitri Mendeleïev présente une classification des éléments chimiques.

On vous présente une version simplifiée de la classification actuelle.

1 2 13 14 15 16 17 18

① Que représentent les nombres associés aux symboles des éléments ?

② Dans quel ordre son classés les éléments d’une même ligne ?

③ Quelle est la particularité de la répartition électronique des atomes d’une même ligne ?

④ A quoi correspond un changement de ligne ?

⑤ Quelle est la particularité de la répartition électronique des atomes d’une même

colonne ?

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2- Famille d’éléments

Une famille est constituée par des éléments d’une même colonne. Les atomes de ces éléments possèdent tous le même nombre d’électrons sur leur couche électronique externe : cela entraîne une grande similitude des propriétés chimiques des espèces correspondantes.

Les éléments de la 1^ère colonne (à l’exception de l’hydrogène) constituent la famille des

alcalins

: tous possède un seul électron sur leur couche externe.

Les éléments de l’avant dernière colonne constituent la famille des

halogènes

: tous ces atomes possèdent 7 électrons sur leur couche externe.

La famille des

gaz nobles

(ou rares) est située dans la dernière colonne : tous ces atomes possèdent 8 électrons sur leur couche externe, à l’exception de l’hélium qui n’en possède que 2.

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Gaz Nobles Halogène

Alcalins

Bloc (s)

Bloc (p)

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1- Règle du « duet » et de « l’octet »

L’hélium He (Z = 2), le néon Ne (Z = 10) et l’argon Ar (Z = 18) sont des gaz constitués d’atomes individuels. Ils sont situés dans la dernière colonne du tableau périodique.

1-1 Donner la configuration électronique des ses trois éléments. Et préciser pour chacun la configuration électronique de valence.

1-2 Qu’est ce qu’une structure en « duet » et une structure en « octet » ?

2- Comment se forme un ion ?

2-1 Ecrire la configuration électronique des atomes suivants : le lithium (Li) , le magnésium (Mg) et le fluor (F) .

2-2 Combien d’électron(s) chacun de ces atomes doit gagner ou perdre pour adopter la configuration électronique du gaz noble le plus proche de lui dans la classification.

2-3 Donner la formule des ions des trois éléments proposés. Justifier les réponses.

2-4 Peut-on prévoir la formule des ions Aluminium, Soufre, oxygène et Sodium à partir du tableau périodique des éléments ?

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3- Définitions

→ Un atome qui

perd

un ou plusieurs

électrons

devient

positif

, c’est un

cation

.

→ Un atome qui

gagne

un ou plusieurs

électrons

devient

négatif

, c’est un

anion

. Le nombre de charge est noté en exposant (en haut et à droite) dans la formule de l’ion ;

Il représente le nombre d’électrons perdus (c’est le cas pour les cations) ou gagnés (c’est le cas pour les anions) d’un atome.

Exemples :

→ L’ion

(Cation)  A perdu 3 électrons.

→ L’ion O

^2-

(Anion)  A gagné 2 électrons.

4- Les ions monoatomiques

Ils ne sont constitués que d’un seul atome chargé positivement ou négativement.

Cations monoatomiques Anions monoatomiques

Sodium

Fer II

Magnésium

Aluminium

Fluorure Oxyde

Calcium

Fer III

Potassium Cuivre II

Chlorure

Sulfure

5- Les ions polyatomiques

Ce sont des groupes d’atomes qui ont perdu ou gagné un ou plusieurs électrons.

Cations polyatomiques Anions polyatomiques

Ammonium

Phosphate

Nitrate

Bicarbonate

Hydronium Carbonate

Sulfate

Hydroxyde

6- Ecriture d’un composé ionique

Mode d’emploi

→ A partir du nom, je cherche la formule de chaque type d’ions constituant le corps.

→ J’écris l’un à côté de l’autre, d’abord la formule du cation ensuite la formule de l’anion.

→ Je détermine le nombre de cations et d’anions qu’il faut pour que les charges électriques s’annulent.

Ecrire la formule du chlorure de magnésium, de l’hydroxyde de cuivre II et de l’oxyde de fer III

Résumé du cours

Résumé du cours

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7- Application

Exercice 1 :

1-1 Pour donner l’ion fer , l’atome de fer a-t-il perdu ou gagné des électrons et combien ? 1-2 Un atome de brome à un noyau comportant 35 charges positives. Combien d’électrons possède l’ion bromure ? Justifier la réponse.

1-3 L’atome de fluor de symbole possède 9 électrons. L’ion fluorure possède un électron de plus que l’atome de fluor. Donner la formule de cet ion, le nombre d’électrons et le nombre de charges positives dans le noyau. Et sa configuration électronique.

1-4 Un atome de calcium comporte 20 électrons. Combien l’ion calcium possède t-il de charges positives dans le noyau et d’électrons ?

Exercice n°2 : L’ion argent possède 46 électrons.

A partir de cette information, combien l’atome d’argent possède t-il de protons ? Justifier la réponse.

Exercice 3 : L’atome de lithium a pour représentation symbolique : . L’ion lithium s’écrit : . 3-1 Donner la composition (protons, électrons et neutrons) de l’atome et de l’ion.

3-2 Donner la configuration électronique de l’atome et de l’ion.

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1- Définition

Une molécule est une association d’atomes. C’est donc un édifice chimique électriquement neutre.

2- La formule brute d’une molécule

La formule brute d’une molécule indique la nature des atomes qui la constituent et le nombre de chacun de ces atomes. Ce nombre est précisé en indice, à droite du symbole des atomes.

Exemple ① : L’éthanol de formule brute :

C

2

H

6

O

. Combien y a-t-il d’atomes de chaque élément dans cette molécule ?

Exemple ② : Donner la formule brute de l’urée. (C : Noir ; H : Blanc ; O : Rouge ; N : Bleu)

3- La liaison de valence

Les atomes peuvent former des molécules, par la mise en commun d’une paire ou de plusieurs paires d’électrons.

Cette paire d’électrons s’appelle :

une liaison de valence

.

Chaque atome acquiert ainsi la configuration électronique du gaz noble le plus proche dans la classification périodique.

Quelle est la structure électronique des 3 gaz nobles suivants :

Hélium (Z = 2 ) ; Néon (Z = 10) ; Argon (Z = 18). Et préciser le nombre d’électrons de valence

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Masse d’une molécule

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En vous aidant du 1^er exemple du tableau, déterminer le nombre de liaisons de valence pour les atomes suivants :

Elément Z Configuration électronique de l’atome

Gaz noble le plus proche

Nombre de liaisons de valence Carbone (C) 6 1s²

2s

²

2p

²

4 électrons de valence

Ne

8 électrons de valence 8 – 4 = 4 Hydrogène

(H) 1

Oxygène

(O) 8

Azote

(N) 7

Chlore

(Cl) 17

Les liaisons de valence se nomment aussi

doublets liants

. Car ils unissent les atomes en eux.

4- Les doublets non liants

Les électrons de la couche de valence, ne participant pas dans les doublets liants se rassemble entre eux pour donner des doublets non liants.

Elément Electrons de valence Liaisons de valence Electrons libres Doublets non liants

Carbone

(C) 4 4 4 – 4 = 0

0

Hydrogène (H) Oxygène

(O) Azote

(N) Chlore

(Cl)

5- Le modèle de Lewis

Dans le modèle de Lewis pour une molécule, tous les doublets liants et non liants sont représentés.

Schéma de Lewis des atomes

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Le schéma de Lewis d’une molécule est une modélisation de l’enchaînement des atomes dans la molécule :

→ Chaque atome est représenté par son symbole ;

→ Les électrons de valence sont regroupés en

doublet(s) liant(s)

ou

doublet(s) non- liant(s)

représentés par des

tirets

(un doublet correspond à 2 électrons).

Dans une molécule, les atomes se lient par des

liaisons covalentes

obtenues par la mise en commun de 2 électrons (doublet liant).

6- Application

Correction