Partie II - La constitution de la matière
Chap 4 - L'atome et l'élément.
I ) L'atome.
1) Modèle de l'atome :
Un modèle représente la réalité de façon simplifiée pour l’expliquer et la décrire. Il évolue dans le temps.
On modélise l’atome en seconde de la façon suivante :
Il est constitué d’un noyau autour duquel gravitent des électrons.
Les électrons tournent autour du noyau très rapidement de manière désordonnée dans une zone sphérique délimitant la taille de l’atome appelée nuage électronique.
Le noyau de l'atome est constitué de particules appelées nucléons, les neutrons et les protons.
2) Les particules de l'atome :
a) Caractéristiques des particules :
|
Nom |
Diamètre |
Charge |
Masse |
|
Proton |
» 10-15 |
+ e |
mp = 1,67.10 -27kg |
|
Neutron |
» 10-15 |
0 |
mn = 1,67.10 -27kg |
|
Electron |
» 10-15 |
- e |
me- = 9,1.10 -31kg |
|
Noyau |
» 10-14 |
+ Z.e |
A . mnucléon |
|
Atome |
» 10-10 |
0 |
» mnoyau |
La charge électrique portée par le proton est notée e et appelée: charge élémentaire.
e = 1,6.10-19 C (coulomb)
Les masses du proton et du neutron sont presque identiques et proche de 2000 fois celle de l'électron.
La masse de l'atome se concentre presque totalement dans le noyau.
Le rayon de l'atome est voisin de 10 000 fois celui du noyau.
b) Les nombres de particules : Z et A
Le numéro atomique Z d'un noyau est le nombre de protons qu'il contient.
A représente le nombre de nucléons du noyau.
Un atome est électriquement neutre. Sa charge électrique globale est nulle.
Dans un atome, il y a donc autant de protons que d'électrons.
On représente le noyau d'un atome par le symbole : 
X représente l’élément chimique. Par exemple C : carbone, H : hydrogène, O : oxygène.
On note N le nombre de neutrons du noyau on a : A = Z + N. et N = A - Z
exemples :
noyau de sodium
composition : 11 protons et 8 neutrons (19-11) dans le noyau et 11 électrons qui gravitent autour.
ex 13 et 29 p 70
4) Les isotopes :
Des isotopes sont des atomes ayant par le même numéro atomique Z et des nombres de nucléons A différents (ou nombres de neutrons N différents).
Ils diffèrent par leur nombre de neutrons.
Exemple : 
et 
. Il y a 2 neutrons de plus dans le 2ème
.
5) Les ions monoatomiques :
Un ion monoatomique est un atome qui a perdu ou gagné un (ou plusieurs) électron(s).
Le noyau n’est pas modifié.
Un atome et l'ion monoatomique ont donc le même nombre Z de protons et le même nom, le même symbole.
Un atome est électriquement neutre. S’il perd des électrons (négatifs), il devient chargé positivement, c’est un ion positif appelé cation.
Exemple : Cu2+ , Na+ , Zn 2+
Si un atome gagne des électrons (négatifs), il devient chargé négativement, c’est un ion négatif appelé anion.
Exemple : Cl-
II) L'élément chimique:
1) Définition :
L’élément chimique de numéro atomique Z est présent dans une espèce chimique si un atome ou un ion possédant Z protons y est présent.
Exemple : L’élément cuivre est présent dans : le métal cuivre Cu, l’ion cuivre Cu2+ et Cu+, l’oxyde de cuivre CuO, le sulfate de cuivre CuSO4, l’hydroxyde de cuivre Cu(OH)2.
2) Symboles des éléments :
Chaque élément est représenté par un symbole composé d'une lettre majuscule parfois suivi d'une minuscule.
Exemples :
|
Nom |
Z |
Symbole |
Nom |
Z |
Symbole |
|
Hydrogène |
1 |
H |
Soufre |
16 |
S |
|
Carbone |
6 |
C |
Chlore |
17 |
Cl |
|
Azote |
7 |
N |
Fer |
26 |
Fe |
|
Oxygène |
8 |
O |
Cuivre |
29 |
Cu |
|
Fluor |
9 |
F |
Zinc |
30 |
Zn |
|
Sodium |
11 |
Na |
Brome |
35 |
Br |
|
Aluminium |
13 |
Al |
Argent |
47 |
Ag |
La majuscule est souvent la 1ère lettre du nom de l’atome mais pas toujours.
Parfois, la 1ère lettre peut correspondre à un nom latin, allemand ou autre.
|
Elément |
Potassium |
Azote |
Sodium |
Mercure |
Or |
|
Symbole |
K |
N |
Na |
Hg |
Au |
l’or Au ( Aurum , or en latin) , le potassium K ( Kalium potassium en allemand)
On retrouve tous ces symboles des éléments dans le tableau de la classification périodique. (dans le rabat en fin de livre Hatier 2nde)
Remarque : un atome a le même symbole que l’élément correspondant.
3) Conservation des éléments :
Lors d’une transformation chimique, tous les éléments présents dans les réactifs sont obligatoirement présents dans les produits formés par la réaction.
Il y a conservation des éléments au cours des transformations chimiques.
L’équilibre d’une équation chimique d’une réaction utilise cette propriété.
III ) Le cortège électronique :
1) Couches électroniques :
Les électrons gravitent autour du noyau dans un atome.
Leur mouvement est rapide et désordonné mais statistiquement,
on peut établir leur probabilité de présence dans un anneau autour de l’atome,
que l’on appelle couche électronique.
Quand on étudie un atome, on constate qu’il existe plusieurs couches électroniques distinctes plus ou moins éloignées du noyau. On a nommé K la couche la plus proche du noyau puis en s’éloignant du noyau, les couches L, M, N, O,…
La couche remplie la plus éloignée du noyau est appelée la couche externe. Les électrons de cette couches sont des électrons périphériques.
On constate également qu’il existe des règles de répartition des électrons sur ces couches.
2) Règles de répartition des couches électroniques:
1ère règle :
Une couche électronique peut contenir un nombre limité d'électrons.
Ø La couche K contient au maximum 2 électrons.
Ø La couche L contient au maximum 8 électrons.
Ø La couche M contient au maximum 8 électrons.
Une couche remplit au maximum, est dite saturée.
2ème règle.
Les électrons remplissent d’abord la couche K la plus proche du noyau. Si celle-ci est saturée, ils se placent sur la couche suivante L et ainsi de suite.
3) Structure ou formule électronique d'un atome ou d'un ion monoatomique.
Ø Il faut connaître le nombre d'électrons à répartir (Z électrons pour un atome).
Ø On écrit à la suite entre parenthèses, les lettres des couches dans l’ordre (K) (L) (M) … contenant des électrons.
Ø On place en exposant en haut à droite, le nombre d'électrons présents dans la couche.
Exemple: pour un atome de soufre S, Z = 16.
Il y a 16 électrons à répartir.
En utilisant les règles de répartition, on écrit la formule électronique : (K)2(L)8(M)6.
La couche externe est ici la couche M.
Pour un ion, il faut tenir compte du nombre d’électrons perdus ou gagnés qui correspond au numéro de charge .
Exemples :
ion aluminium Al3+ : Z = 13 . Il y a 13 protons dans le noyau.
Un atome d’aluminium possède donc 13 électrons, autant que de protons.
L’ion Al3+ a une charge 3+, il a perdu 3 électrons, il a donc 10 électrons.
Formule électronique : (K)2(L)8
ion soufre S2- : Z = 16 . Il y a 16 protons dans le noyau.
Un atome de soufre possède donc 16 électrons .
L’ion S2- a une charge - 2 , il a donc gagné 2 électrons, il a donc 18 électrons.
Formule électronique : (K)2(L)8(M)8
ex 26 et 27 p 71
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