Chapitre 2: Atomes, ions et conduction électrique

1/ Tous les solides sont-ils conducteurs ? A/ TP 1/ Ce que je vais faire pour tester la conductivité des matériaux (tableau Q3) …. Je vais réaliser un circuit électrique avec une lampe, un générateur, des fils électriques et des pinces croco. Si la lampe s’allume, le courant circule et le solide testé est conducteur. Liste du matériel Schéma du circuit électrique Fils électriques Lampe Générateur Pinces crocodiles

2/ Je réalise mon expérience… dans le calme 2/ Je réalise mon expérience… dans le calme. ( appelle le professeur) Et je complète le tableau de la question 3/ en même temps 3/ Ce que j’observe… Matériau Fer Cuivre Zinc Aluminium Bois Plastique Verre Sel de cuisine Sucre Eclat de la lampe Oui Non non Conducteur ou isolant ? C I 4/ Ce que je conclus : a/ Les conducteurs du tableau ont tous un point commun. Lequel ? Ce sont des métaux.

Tous les matériaux solides ne conduisent pas le courant électrique. Les matériaux qui laissent passer le courant électrique sont dits conducteurs. Les matériaux qui ne laissent pas passer le courant électrique sont dits isolants. Tous les métaux sont des conducteurs.

Atome en classe de 4ème Atome en classe de 3ème Que peut-on dire à ce stade? Tous les métaux conduisent le courant électrique : ce sont des conducteurs électriques. Certains solides comme le verre, le bois, le plastique ne conduisent pas le courant : ce sont des isolants. Si tous les métaux conduisent le courant, cela signifie qu’ils ont une propriété commune qui leur permet de conduire le courant. Pourtant, tous les métaux sont différents.   Il va falloir regarder au niveau microscopique pour comprendre la conduction Atome en classe de 4ème Atome en classe de 3ème  

Une longue période s’écoule. La théorie des 4 éléments règne ! 2/ Quelle est la structure d’un atome? A/ Activité 1 : Histoire de l’atome QUI ? + Date de naissance et de mort + nationalité QUAND ? QUOI ? La matière est composée de minuscules et invisibles particules qu’il nomme atomes. (du grec atomos : indivisibles). Démocrite (-460 / -370), philosophe grec. -430avt JC L'Univers est formé de quatre éléments: la terre, l'eau, l'air et le feu. Cette théorie des 4 éléments dure jusqu’à la fin du 18ème siècle. Empédocle et Aristote (-384 -322) (-490  -435) , physiciens grecs. -350avt JC Une longue période s’écoule. La théorie des 4 éléments règne !

Il confirme la théorie de Démocrite par des expériences. La matière est composée de particules indivisibles et massiques appelées atomes. John Dalton (1766 - 1844), physicien anglais. 1808 JJ. Thomson (1856 - 1940), physicien anglais Découvre l’électron, particule chargée négativement dans l’atome. Enonce la théorie du « Plum pudding ». Atome = brioche chargée positivement avec électrons chargés négativement. 1891 Il découvre le noyau de l’atome, chargé positivement. Il démontre que les électrons « gravitent » autour du noyau et qu’il existe du vide entre les électrons et le noyau Enonce sa théorie du modèle planétaire de l’atome. En 1916, il découvre le proton. Ernest Rutherford (1871-1937), physicien Anglais 1911 Niels Bohr (1885/1960), physicien Danois. Fonde un nouveau modèle basé sur celui de Rutherford: les électrons ne peuvent que des orbites particulières 1913 Erwin Schrödinger (1887/1961), physicien autrichien. Werner Heisenberg, (1901-1976), physicien allemand Nouvelle théorie : la mécanique quantique. L’atome est formé d’un noyau et d’un nuage d’ électrons. C’est un modèle probabiliste. 1925

L’atome

1 fm = 10-15 m 10-27 kg positive 10-30 kg négative neutre positives Occupent un espace de 10-10 m 10-30 kg négative neutre  positives noyau négatives électrons 5 100 000 noyau vide  lacunaire Noyau: 13 + Electrons: 13 -  Noyau: 26 + Electrons: 26 - 

Ne pas noter sur le cahier ! Pour se donner une idée du vide entre le noyau et les électrons : Le noyau d’un atome peut être représenté par un pois chiche au milieu d’un terrain de football. Si on supprimait l’espace entre les atomes, la Terre pourrait rentrer dans un cube de 100 m de coté. Ne pas noter sur le cahier !

Al Zn 30 + et 30 - Cl 17 + et 17 - Fe 26 + et 26 - Cu 29 + et 29 - Na H 1 + et 1 - 8 + et 8 - C O

Courant électrique edumedia

métaux Électrons libres rangés empilés conduit Électrons libres ouvert Charges électriques métaux Électrons libres rangés empilés conduit Électrons libres ouvert fermé circule courant - + aléatoire inverse

B/ Qu’est-ce qui, dans le corps humain, conduit le courant? TP: Toutes les solutions conduisent-elles le courant électrique ? 1/ Notre corps est-il conducteur d’électricité ? Donne un exemple pour justifier. Notre corps est conducteur. Tous les jours, ce n’est pas moins de 200 personnes qui meurent électrocutées en France. On peut essayer de répondre aux 2 questions suivantes : A/ Est-ce que l’eau du bain de Claude françois a pu avoir un effet sur son électrocution? B/ Qu’est-ce qui, dans le corps humain, conduit le courant?

Schéma du circuit électrique test 1/ Ce que je vais faire pour tester la conductivité des solutions (tableau Q3) Je vais réaliser un circuit électrique avec une DEL (ou petite lampe) + ampèremètre en série + fils de connexions + générateur + électrodes plongées dans les solutions afin de tester la conductivité. Si la DEL ou lampe s’allume, alors la solution est conductrice. Liste du matériel Schéma du circuit électrique test Fils électriques Electrodes Solutions à tester Lampe ampèremètre

Eau pure déminéralisée Conductrice ou isolante ? Solution Eau sucrée Eau salée Eau minérale Eau pure déminéralisée Eclat de la lampe Eteinte Allumée Faiblement allumée Intensité (en mA) 0,00 1,3 0,30 Conductrice ou isolante ? Isolante Conductrice 4/ Ce que je conclus :   Les solutions conductrices sont dites IONIQUES , car elles contiennent des IONS Les solutions non conductrices ne contiennent pas d’IONS . Elles ne peuvent donc pas conduire le courant électrique.

- molécules de glucose C6H12O6 - molécules d’eau H2O solution eau distillée eau salée eau sucrée Eau minérale   composition chimique - molécules d’eau H2O seulement - ions chlorure Cl- - ions sodium Na+ - molécules de glucose C6H12O6 - molécules d’eau H2O - pleins d’ions (H+, Na+, SO42-, F-, HCO3- , Ca2+, Mg2+…)

SOLUTION Solvant : Liquide dans lequel on peut dissoudre + Soluté (solide ou gaz) : matière que l’on dissout dans le solvant. = SOLUTION Si le solvant est l’eau, alors on parle de solution aqueuse.

Définition : …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Il existe 2 types d’ions : Ion positif (………………..) : Exemples :…………………………………………………… Ion négatif (………………..) : Exemples : ………………………………………………………………………… Atome ou groupe d’atomes ayant perdu ou gagné un ou plusieurs électrons Atome ou groupe d’atomes qui perdu des électrons. CATION K+ Na+ Ca2+ Mg2+ Atome ou groupe d’atomes qui a gagné des électrons. ANION HCO3- NO3- Cl- F-

Dissolution de NaCl

Formation d’un ion positif Formation d’un ion négatif L’atome de sodium, symbole Na, possède 11 charges positives (protons) et 11 électrons. Il perd un électron chargé négativement : il contient donc 11 charges positives et 10 charges négatives. Il devient donc Na+ pour signifier le déficit d’électrons. L’atome de chlore, symbole Cl, possède 17 charges positives (protons) et 17 électrons. Il gagne un électron chargé négativement : il contient donc 17 charges positives et 18 charges négatives. Il devient donc Cl- pour signifier l’excédent d’électrons.

Animation .jar

Dissolution du chlorure de sodium

Conduction dans les solutions

conduisent ioniques ioniques + - - +

IONIQUES IONS = Chargés + ou – Solutions aqueuses Conductrices MOLECULES = Neutres électriquement Exemple: sucre C12 H22 O11 glucose C6 H12 O6 IONS = Chargés + ou – Exemples: Fe2+ Fe3+ Zn2+   Solutions aqueuses Conductrices Isolantes IONS + Molécules d’eau IONIQUES MOLECULES + Molécules d’eau MOLECULAIRES DOC PREVENTION SANTE PEUR BLEUE

QCM CPS

Sinon, instabilité !!! Règle à retenir L’électroneutralité est toujours respectée. S’il se forme un ion positif, alors il se forme en même temps un ion négatif dans la solution. Sinon, instabilité !!!

2/ Expérience : Migration des ions dans un circuit électrique. On dépose des gouttes de solutions aqueuses colorées sur une plaque imbibée de liquide conducteur incolore (nitrate de potassium (K+ + NO3–)). Les deux solutions sont : Solution de permanganate de potassium de formule chimique (K+ + MnO4- )(la coloration violette est due aux ions MnO4-) Solution de sulfate de cuivre (Cu2+ + SO42- ) (la coloration bleue est due aux ions Cu2+) Expérience Expérience avec tube en U

LA MIGRATION DES IONS OFF

On imbibe la plaque d’une solution ionique de nitrate de potassium… LA MIGRATION DES IONS On imbibe la plaque d’une solution ionique de nitrate de potassium…

LA MIGRATION DES IONS OFF

LA MIGRATION DES IONS OFF

LA MIGRATION DES IONS ON La lampe s’allume !

LA MIGRATION DES IONS On dépose des gouttes de solutions ioniques colorées au centre de la plaque

Vers la borne – du générateur Vers la borne + du générateur LA MIGRATION DES IONS ON Vers la borne – du générateur Vers la borne + du générateur 38

Vers la borne – du générateur Vers la borne + du générateur LA MIGRATION DES IONS ON Vers la borne – du générateur Vers la borne + du générateur 39

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Que se passe t-il à l’échelle microscopique ?

Solution aqueuse de permanganate de potassium Solution aqueuse de sulfate de cuivre (II)

Solution aqueuse de permanganate de potassium Solution aqueuse de sulfate de cuivre (II)

Solution aqueuse de permanganate de potassium Simplification Solution aqueuse de permanganate de potassium Simplification Solution aqueuse de sulfate de cuivre (II)

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Les ions potassium K+ et sulfate SO42– se déplacent aussi mais ils ne colorent pas le liquide lors de la migration… Il en va de même pour les ions de la solution conductrice servant à imbiber la bandelette (électrolyte)…

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S’attirent repoussent - conventionnel + inverse

C/ Exemples d’ions Fe3+ perte de 3 e- 23 fer (II) perte de 2 e- 24 Zn2+ perte de 2 e- 30 cuivre (II) perte de 2 e- 27 chargés « + »  cations perte de 1 e- 11 argent perte de 1 e- 46 perte de 1 e- 1 perte de 1 e- 18 18 chargés « - »  anions