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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