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Des atomes aux ions
Plan du cours
I. Le modèle de l ’atome
II. Le noyau.
1- constitution
2- Symbole du noyau
3- Les isotopes.
III. Les électrons.
1- Qu’est ce qu’un électron?
2- Nombre d’électrons
3- Répartition en couches
IV. Les masses dans l ’atome.
1- Calcul de la masse du noyau.
2- Calcul de la masse des électrons.
3- Calcul de la masse de l’atome.
V. La structure électronique et les ions
1- la structure électronique des gaz rare
2- la structure électronique des ions
3 points vus en troisièmes
►L'atome est 105 fois plus grand que son noyau central
►Toute la masse de l'atome est concentrée au niveau du noyau
► L'atome est électriquement neutre (charges - = charges +)
I. Modèle de l ’atome
•
Une représentation simplifiée est appelée modèle.
Modèle de l ’atome:
– un noyau central (10-15 m
soit 100 000 fois plus petit que
l ’atome)
– des électrons répartis en
couches autour du noyau
(10-10 m)
– du vide. (la structure de la
matière est essentiellement lacunaire)
II. Le noyau
1- Constitution.
– Le noyau est constitué
» de protons
particules chargées
positivement
» de neutrons
Particules électriquement neutres.
– Ces particules (protons et neutrons) sont appelées des nucléons.
II. Le noyau
2 - Symbole du noyau.
Le nombre de nucléons d ’un noyau est
représenté par la lettre A.
A est aussi appelé nombre de masse.
Le nombre de charges d’un atome ou le
nombre de protons que contient le noyau
est représenté par la lettre Z.
Z est aussi appelé numéro atomique.
•
Le nombre de neutrons N dans un noyau vaut donc
N=A-Z
Le noyau d ’un atome de symbole chimique X est représenté par
A
Z
X
Application 1
• Compléter le tableau
Nom
Symbole
Zirconium
91
40
Hydrogène
1
1
Cobalt
59
27
Zr
H
Co
Nombre de
protons
Nombre de
neutrons
Nombre de
nucléons.
Application 1
• Correction
Nom
Symbole
Zirconium
91
40
Hydrogène
1
1
Cobalt
Zr
H
59
27
Co
Nombre de
protons
Nombre de
neutrons
Nombre de
nucléons.
40
51
91
1
0
1
27
32
59
II. Le noyau
3- Les isotopes
• Dans un échantillon de cuivre, tous les atomes de cuivre ne sont
pas identiques.
Ils ont tous le même nombre de protons, mais certains atomes ont
63 nucléons et d ’autres 65. Ces atomes sont dit isotopes.
65
Cu
29
63
29
Cu
Même Z
On appelle isotope des atomes qui ont le même numéro atomique Z,
mais des nombres de nucléons A différents.
Application 2
Le numéro atomique du fer est Z = 26 et son nombre de
neutrons varie de 28 à 30 .
• Ecrire sous la forme
isotopes) de cet élément.
A
Z
X tous les représentants (ou
Application 2
Le numéro atomique du fer est Z = 26 et son nombre de
neutrons varie de 28 à 30 .
A
• Ecrire sous la forme
X tous les représentants ( ou
Z
isotopes ) de cet élément.
54
26
Fe
55
26
56
Fe
26
Fe
Application 3
L'isotope le plus abondant du chlore s'écrit
L'autre isotope a un nombre de neutrons égal à 20.
• Ecrire le symbole de cet isotope.
35
Cl
17
.
Application 3
L'isotope le plus abondant du chlore s'écrit
L'autre isotope a un nombre de neutrons égal à 20.
• Ecrire le symbole de cet isotope
37
Cl
17
35 .
Cl
17
III- Les électrons
1- Qu’est ce qu’un électron?
• L’électron est une particule chargée d’électricité négative.
• Sa charge électrique est la plus petite charge possible qu’une
particule peut posséder. On parle de la charge élémentaire notée
e = 1,6.10-19 C (C pour coulomb : unité de la charge électrique).q
(charge d ’un électron) = - e
• La masse d’un électron est extrêmement petite :
me- = 9,1.10-31 kg
III- Les électrons
2- Nombre d’électrons.
Un atome est électriquement neutre. Donc le nombre de protons est
égal au nombre d ’électrons
Application 4
• Donnez le nombre d ’électrons présents dans chacun des atomes
suivants.
12
6
C
197
79
Au
63
29
27
Cu
13
Al
III- Les électrons
3 - Répartition en couches.
•
•
Les électrons se répartissent autour du noyau sur plusieurs couches.
Du centre vers l'extérieur:
– La couche K:
2 électrons au maximum.
– La couche L:
8 électrons au maximum.
– La couche M:
18 électrons au maximum.
III- Les électrons
3 - Répartition en couches.
•
•
Les électrons se répartissent autour du noyau sur plusieurs couches.
Du centre vers l'extérieur:
– La couche K:
2 électrons au maximum.
– La couche L:
8 électrons au maximum.
– La couche M:
18 électrons au maximum.
III- Les électrons
• Exemple :
Répartissons ensemble les électrons d ’un noyau de magnésium
24
12Mg
12 électrons
Plaçons d'abord 2 électrons
sur la couche K celle qui est
la plus près du noyau.
24
12
Mg : (K)2
Reste 10 électrons à placer.
Remplissons la couche
L de 8 électrons.
24
12
Mg : (K)2 (L)8
Reste 2 électrons à placer.
La couche M peut contenir
18 électrons mais il n'en
reste que 2 à placer.
(K)2 (L)8(M)2
Structure électronique d ’un atome de magnésium
24
12
Mg : (K)2 (L)8 (M)2
La couche interne est toujours la couche K
La couche externe est la dernière couche remplie
Application 5
• Donner la structure électronique des atomes suivants :
40
l ’argon:
18
Ar
11
le bore:
5
B
IV. Les masses dans l’atome.
1- Calcul de la masse du noyau.
La masse d ’un nucléon est mn = 1,7.10 -27 kg.
Application 6
Calculer la masse d ’un noyau de mercure
202
80
Hg
IV. Les masses dans l’atome.
2- Calcul de la masse des électrons.
• La masse de chaque électron vaut
me = 9,1.10-31 kg
Application 7
Calculer la masse des électrons présents dans un atome de
mercure
202
80
Hg
IV. Les masses dans l’atome.
3- Calcul de la masse d ’un atome.
Application 7
• A quoi est égale la masse d ’un atome de mercure?
Conclusion:
Dans un atome, l ’essentiel de la masse est
concentré dans le noyau.
V. La structure électronique et les ions
Définition : la structure électronique est la
répartition des électrons sur les différentes couches
V. La structure électronique et les ions
1- Structure électronique des gaz nobles ou rares
Activité 1 :
On rencontre dans l’atmosphère des gaz en atomes isolés
comme He et Ar mais jamais N ou O.
Quelle propriété commune ont les couches électroniques
externes des atomes que l’on rencontre isolés ?
V. La structure électronique et les ions
Conclusion :
Les gaz rares ont des structures électroniques avec
des couches externes saturées.
• Structure en duet : 2 électrons sur la couche externe (K).
• Structure en octet : 8 électrons sur la couche externe (L ou M).
V. La structure électronique et les ions
2- Structure électronique des ions
Activité 2 :
Dans certains solides ioniques,
on rencontre des ions comme Na+ , Be2+, O2- et ClEn revanche, on ne rencontre jamais He-, Be+ et O2+
1- Ecrire la structure électronique de ces ions.
2- Comparez la couche externe des ions à celle des
gaz rares les plus proches puis conclure.
Conclusion :
● A l’exception des gaz nobles, les éléments n’existent pas
naturellement sous formes d’atomes isolés.
● Les atomes se transforment pour obtenir une stabilité
similaire à celle des gaz nobles , avec une couche externe en
duet ou en octet. La règle de l’octet et du duet permet dans
une certaine mesure de prévoir la charge des ions
monoatomiques.
● Les atomes se transforment en captant ou en cédant des
électrons. Il se forme alors des ions positifs ou négatifs.
-Un ion positif est un atome qui a perdu un ou plusieurs
électrons de sa couche externe.
On l’appelle cation.
Ex : Na+
- Un ion négatif est un atome qui a gagné un ou plusieurs
électrons sur sa couche externe.
On l’appelle anion.
Ex : Cl-
Application :
Atome
Z
Structure
électronique de
l’atome
Ion
H
Li
Be
Na
Mg
Al
O
F
S
1
3
4
11
12
13
8
9
16
H+
Li+
Be2+
Na+
Mg2+
Al3+
O2FS2-
Cl
17
Cl-
Structure
électronique de
l’ion
Cations
Anions