L’essentiel sport2 CHAP 2 Modèle de l’atome : De l’atome aux ions
Le Big Bang serait le point de départ de notre Univers et se serait produit il y a près de 14 milliards d’années. Les différentes analyses ou études scientifiques effectuées montrent que les propriétés et la composition de notre Univers seraient les mêmes partout…
1. L’atome
① Constitution de l’atome
L’atome est constitué de 2 parties :
Le noyau contient 2 types de particules : - les protons (p+) - les neutrons (n)
Il existe un terme commun (« nucléon ») pour désigner la particule du noyau.
Un nucléon = un proton OU un neutron
Les électrons (e-) sont en mouvement très rapide autour du noyau.
② Les particules élémentaires
Les particules élémentaires sont les particules qui constituent un atome (définition niveau LYCEE) il y en a donc 3 : le proton, le neutron et l’électron.
Remarque :
- Un atome est électriquement neutre : il possède donc autant d’électrons que de protons.
- On appelle charge élémentaire, notée e, la valeur e = 1,6 .10-19 Coulomb. Cette charge est la plus petite charge électrique qui existe et toute charge électrique Q est un multiple de e : Q = k.e ;
③ Composition et symbole du noyau
Le noyau d’un atome est symbolisé de la façon ci-contre, où « X » désigne le symbole du noyau.
④ Peut-on calculer la masse d’un atome ?
Dans la mesure où l’on connaît la composition exacte d’un atome, on peut calculer sa masse (voir tableau ci-dessus)
Le tableau du ② nous montre qu’un nucléon (proton OU neutron) est 1840 fois plus lourd qu’un électron. On peut donc négliger la masse des électrons devant celle du noyau quand on veut calculer de manière approchée la masse d’un atome. En outre, puisque le proton et le neutron ont la même masse, on peut finalement écrire :
exemple : L’atome contient 9 nucléons. Pour calculer sa masse, on fait m = 9 x 1,67x10-27 = 1,503x10-26 kg. Si on avait pris en compte les électrons, on aurait trouvé 1,503546x10-26 kg, ce qui ne change, pour ainsi dire, presque rien…
2. Les ions
Un ion est un atome ou un groupe d’atomes ayant perdu ou gagné un ou plusieurs électrons.
① On appelle ion monoatomique un ion constitué d’un seul atome. Ceux constitués de plusieurs atomes sont polyatomiques.
exemples : - L’ion est un ion monoatomique : il s’agit d’un atome de calcium qui a perdu 2 électrons
- L’ion est un ion polyatomique : il s’agit d’un groupe constitué d’un atome de soufre et de 4 atomes d’oxygène, l’ensemble ayant gagné 2 électrons.
exemples : Ca2+ est un ion calcium provient d’un atome de calcium qui a perdu 2 électrons O2- est un ion oxygène provient d’un atome d’oxygène qui a gagné 2 électrons
le noyau (qui contient les « nucléons »)
le «cortège électronique » ou « nuage électronique »
m(atome) ≈ m(noyau) = (nombre de nucléons) x (masse d’un nucléon) = A
x1,67.10
-27kg
3. Qu’est-ce qu’un élément chimique ?
Les expériences et les observations montrent que le cuivre, par exemple, peut exister sous différentes formes et qu’il est possible de passer d’une forme à une autre. Néanmoins, c’est le même « élément » cuivre que nous retrouvons d’une transformation à une autre. Par exemple, Cu(s), Cu2+(aq), Cu(OH)2 contiennent tous le même élément cuivre sous différentes formes
① On donne le nom
d’élément chimique à l’ensemble des entités chimiques (atomes, ions, etc…) ayant le mêmenombre de protons Z ; Un élément chimique est donc caractérisé par son nombre Z, appelé aussi numéro atomique.
conséquence : connaître Z permet de déterminer l’élément correspondant (ex : Z = 13 correspond à l’aluminium) ; De manière réciproque, un élément donné a un numéro atomique donné (ex : Pour le fer, Z = 56)
② ISOTOPES :
On dit de 2 atomes qu’ils sont isotopes s’ils ont même numéro atomique Z mais un nombre de nucléons A différent.La différence porte sur le nombre de neutrons N = A – Z puisque Z est le même.
exemple : les 3 atomes suivants sont des isotopes : ; ; Ils ont même Z mais un nombre A différent.
4. Structure électronique des atomes et des ions monoatomiques (règles du duet et de l’octet)
① Cas des atomes
Un noyau atomique de numéro atomique Z est entouré de Z électrons situés sur des couches électroniques notées K, L, M etc…
Nous ne nous intéresserons qu’aux 18 premiers atomes (c'est-à-dire jusque Z = 18)
La première couche est appelée couche K : 2 e- maximum
La deuxième couche est appelée couche L : 8 e- maximum
La troisième couche est appelée couche M : 18 e- maximum (8 + 10, on peut considérer couche remplie à 8 puis à 18) Les électrons de l’atome remplissent progressivement les couches. Ils se placent d’abord dans la couche K puis, quand celle-ci est saturée à 2 e-, ils remplissent la couche L. Quand la couche L est saturée à 8 e-, ils remplissent la couche M etc …
exemple : l’atome d’azote (Z=7) possède 7 électrons. La structure électronique de l’atome d’azote N est K(2)L(5)
② Cas des ions monoatomiques
Les régles sont les mêmes que pour les atomes.
L’analyse des ions monoatomiques présents dans la nature montre que les ions qui se forment obéissent à une règle simple : tendre vers plus de stabilité, c’est à
dire perdre ou gagner le nombre d’électrons qu’il faut pour acquérir une struture parfaite (K)2, (K)2(L)8 ou (K)2(L)8(M)8. Chaque atome minimise la perte ou le gain d’électrons : il fait « au plus simple ». Il tend donc à acquérir la structure électronique du gaz rare (colonne de droite de la classification en fond gris) qui lui est le plus proche dans la classification périodique.
Finalement les ions monoatomiques les plus stables sont :
H
+He
K(2)
Li
+Be
2+ B5- C4- N3-O
2-F
-Ne
K(2)L(8)
Na
+Mg
2+Al
3+ Si4+Si4- P3-
S
2-Cl
-Ar
K(2)L(8)M(8)
K
+Br
-I
-Remarques : - les ions écrits en couleur grise ci-dessus n’existent quasiment pas dans la nature, les ions dont le fond de cellule est vert sont assez répandus (et il est conseillé de les connaître).
Cu(s)
