Les atomes et les éléments Les résultats d’apprentissage: 307-12, 307-13, 307-14, 307-15, 307-16 http://www.gov.pe.ca/photos/original/ed_gr9_sciguide.pdf
Le contenu de la module 2 Il y a 3 chapitres discutés: Chapitre 5: Les propriétés et les changements chimiques Chapitre 6: Les éléments Chapitre 7: La structure atomique
La chimie La chimie est un domaine de la science qui dépend directement sur la théorie particulaire.
La définition de la matière La matière est tout ce qui a une masse, a un volume et est faite de petites particules, les atomes. ***La matière noire***
Les propriétés de la matière La matière a 4 propriétés physiques: La matière a du volume. La matière a une masse (mesurée en g ou kg) La matière est faite d’atomes. La matière a un état.
Les états de matière (9ième année) Il y a 3 états de matière: Un solide Un liquide Un gaz
Les états de matière (en réalité) Il y a 5 états de matière: Bose-Einstein Condensate**** (1 et 2 et 3) Un solide Un liquide Un gaz Le plasma ******
La théorie particulaire de la matière La théorie particulaire de la matière est un modèle scientifique qui explique le comportement de la matière (« the behavior of matter »). Le comportement de la matière veut dire les différents états de la matière.
Les 4 faits de la théorie particulaire de la matière La matière a des atomes (les petites particules) La matière qui est considérée une substance pure a 1 type de particule seulement (cette particule peut être un atome ou une molécule). Les particules dans la matière bougent et attirent d’autres particules toujours. (alors la matière peut former un état) Si tu augmentes la température , les particules bougent plus vite (qui change l’état de matière) parce que leur énergie augmente. (Le contraire est aussi vrai)
La première façon pour classifier la matière La matière peut être classifiée en 2 catégories: Les mélanges Les substances pures
Les mélanges et les substances pures Une substance pure a son propre type de particules. Un mélange a au moins (« at the very least ») 2 types de particules.
Une deuxième façon pour classifier la matière La matière peut être classifiée en 2 autres catégories: Une substance homogène Une substance hétérogène
Une Substance Homogène Une substance homogène est une substance qui a une composition uniforme (seulement une chose est visible) Les substances pures et les solutions (ou un alliage) peuvent être des substances homogènes. Les exemples des substances homogène sont l’eau, le sel, le fer etc.
Une Substance Hétérogène Une substance hétérogène est un mélange qui n’a pas de composition uniforme. (plus qu’une chose est visible) Par exemple, une salade composée (« a garden salad ») est une substance hétérogène.
Comment déterminer si une substance est homogène ou hétérogène La transparence est une propriété d’une substance homogène. Aussi, il y a seulement une chose visible dans une substance homogène. Le manque de transparence et les différentes choses visibles peuvent indiquer qu’une substance est une substance hétérogène.
Les types des mélanges Il y a 2 types des mélanges: Les solutions (des mélanges homogènes) Les mélanges mécaniques (des mélanges hétérogènes)
Les solutions Une solution est un mélange homogène de deux ou de plusieurs substances pures. Les particules dans une solution sont très petites et elles sont réparties (« scattered ») uniformément. Des exemples: Kool-Aid et l’eau, du sel et l’eau, la boisson gazeuse (pas fraiche) etc.
Les composants des solutions La substance qui dissout un soluté pour former une solution s’appelle un solvant. Le soluté est la substance qui se dissout dans le solvant.
La dissolution La dissolution du soluté par un solvant est un changement physique parce qu’elle est réversible.
Les alliages Les alliages sont des mélanges homogènes solides qui ont un ou plusieurs métaux. Un alliage est un exemple d’une solution solide.
Des exemples des alliages l’acier inoxydable (« stainless steel ») la fabrication des pièces de monnaie avec l’alliage cupronickel
Les mélanges mécanique Un mélange mécanique est une substance hétérogène qui contient plus d’une particule différente. Des exemples: le concrète, la sable, la salade, le condiment relish, Trail Mix, Bits n’ Bites etc.
Les particules des mélanges mécaniques Les particules dans un mélange mécanique sont assez grandes pour voir par œil. Les particules dans un mélange mécanique ne sont pas réparties ou regroupées uniformément.
Les catégories des mélanges mécaniques Il y a 3 catégories des mélanges mécaniques. Ils sont en ordre décroissant (« decreasing order ») de taille de particules. Les mélanges ordinaires Les suspensions Les colloïdes
Les mélanges ordinaire Les différentes particules du mélange ordinaire sont faciles à voir et elles restent mélangées. Des exemples sont Bits n Bites, la salade, la soupe aux légumes.
Une suspension Une suspension est un mélange mécanique qui est composé de petites particules qui peuvent séparer si nous laissons la suspension reposer (« settle or come to rest»). Un exemple d’une suspension est les sédiments dans l’eau, le Ketchup, la moutarde, la vinaigrette balsamique.
La séparation d’une suspension La force de gravité est nécessaire de séparer les particules en suspension. Si les particules en suspension sont petites, la séparation est plus lente.
Un colloïde Un colloïde est un mélange mécanique avec trop petites particules qui sont réparties régulièrement dans d’autres substances. Les colloïdes sont entre les solutions et les mélanges hétérogènes
Les exemples des colloïdes Des exemples des colloïdes: la gelée, la crème fouettée, la mayonnaise, les peintures, les colles, le beurre, le lait etc.
Les caractéristiques des colloïdes Les colloïdes sont hétérogènes mais ils ont une apparence homogène. Les particules d’un colloïde sont trop petites pour être vues au microscope optique, mais elles sont plus grosses que les particules d’une solution.
La séparation d’un colloïde Parce que les particules du colloïde sont trop petites, la force de gravité ne peut pas séparer les colloïdes.
La diffusion de lumière par les mélanges Les rayons de lumière sont diffusés par les particules d’un colloïde, mais pas par les particules d’une solution. Alors, voici un bon façon pour distinguer un colloïde d’une solution.
L’effet Tyndall Alors, la diffusion de la lumière par les particules d’un colloïde s’appelle l’effet Tyndall. Cet effet a été découvert par John Tyndall, un scientifique irlandais.
L’effet Tyndall en photo
Les changements de la matière Les changements de la matière est classés en 2 catégories: Les changements physiques Les changements chimiques
Un changement physique Un changement physique ne forme pas de nouvelle substance (il ne change pas la composition de la matière originale alors il est réversible) Un exemple de changement physique est la fonte de la glace.
Un changement chimique Un changement chimique va toujours former une nouvelle substance avec de nouvelles propriétés (il change la composition de la matière originale) Un changement chimique est irréversible. Un exemple du changement chimique est brûler du papier.
Des indicateurs d’un changement chimique La production de chaleur. L’absorption de chaleur L’utilisation de tout le matériel initiale. Un changement de couleur (apparaît ou disparaît) La formation de nouvelle substance. La formation des bulles de gaz du liquide. La formation d’un précipité dans un liquide.
Qu’est-ce que c’est une propriété? Une propriété est une caractéristique qui décrit la matière.
Des exemples d’une propriété La couleur La texture Le gout L’odeur La forme La dureté La taille
Les types des propriétés Toute matière a des propriétés. Les propriétés de la matière sont classées en 2 catégories: Une propriété physique Une propriété chimique
Les propriétés physiques Une propriété que nous pouvons observer sans créer une nouvelle substance est une propriété physique. Des exemples des propriétés physiques: la couleur d’une substance, la texture d’une substance, la masse volumique, etc.
Les types de propriétés physiques Il y a 2 types de propriétés physiques: Une propriété physique qualitative Une propriété physique quantitative
Une propriété physique qualitative Une propriété physique qualitative est une propriété d’une substance que nous pouvons décrire mais nous ne pouvons pas mesurer. Un exemple est la couleur d’une substance.
Une propriété physique quantitative Une propriété physique quantitative est une propriété d’une substance que nous pouvons mesurer numériquement. Une exemple est la masse volumique d’une substance.
La masse volumique en chiffres La masse volumique est la quantité de matière qui occupe un espace donnée. La masse volumique est calculée par trouver le rapport masse-volume d’une substance.
Les équations de la masse volumique Pour calculer la masse volumique directement: la masse volumique = Masse/Volume (mv= m/V) Pour calculer la masse d’une substance: la masse = Volume x Masse volumique (m = V x mv Pour calculer le volume d’une substance: le volume = masse/masse volumique (V= m/ mv)
Les propriétés chimiques Une propriété qui crée une nouvelle substance quand nous observons la propriété une propriété chimique. Des exemples d’une propriété chimique: la combustibilité, la capacité d’une substance à brûler au contact de l’air.
La masse volumique des matériaux Le métal g/cm3 L’eau 1 L’aluminium 3 Le zinc 7 Le fer 8 Le cuivre 9 L’argent 10.5 Le plomb 11 Le mercure 13.5 Le sucre 1,5 L’or 19
Antoine Lavoisier Antoine Lavoisier était un scientifique français. (1743-1794) Il a contribué 2 importants lois scientifiques pour la chimie.
La recherche d’Antoine Lavoisier Lavoisier a développé deux lois scientifiques: La loi de la conservation de la masse La loi des proportions définies
La loi de la conservation de la masse La loi de la conservation de la masse: Pendant un changement chimique, la masse totale des nouvelles substances est égale à la masse totale des substances initiales.
La loi des proportions définies La loi des proportions définies: Les composés sont des substances pures qui ont deux ou plusieurs éléments combinés dans des proportions définies.
John Dalton John Dalton était un scientifique anglais. (1766-1844) Il a crée une nouvelle théorie de la matière, la théorie atomique de Dalton.
La théorie atomique de Dalton Il y a 4 parties de cette théorie: La matière a des atomes. Il est impossible de créer ou de détruire des atomes. La masse et la taille de tous les atomes d’un élément sont identiques. Quand les atomes de différents éléments combinent dans des proportions définies, ils forment un composé.
Les atomes Les atomes est le nouveau nom des petites particules de la matière. Minute Physics #1 (les neutrinos) Minute Physics #2 (les neutrinos #2)
Un élément Un élément est une substance pure qui a d’un type d’atome. Chaque élément a ses propriétés distinctes. Nous ne pouvons pas décomposer un élément en substances plus simples.
Les catégories d’éléments Il y a trois catégories d’éléments: Les métaux Les non-métaux Les métalloïdes
Les métaux Les métaux est une catégorie d’éléments qui ont des propriétés communes, comme un lustre métallique, la malléabilité, la ductilité et un bon conducteur d’électricité et la chaleur. Un exemple d’un métal est l’aluminium, l’or ou le fer.
Les non-métaux Les non-métaux est un élément chimique qui n’a pas de lustre et ils sont mauvais conducteurs d’électricité et de chaleur. Un exemple d’un non-métal est l’oxygène ou le soufre.
Les métalloïdes Les métalloïdes sont des éléments intermédiaires (« dans le milieu ») parce qu’ils ont des propriétés des métaux et des propriétés des non-métaux. Un exemple d’un métalloïde est le silicium.
Les propriétés des éléments Voir et copier le tableau 6.3, la page 203.
Une famille d’éléments Une famille chimique est un groupe d’éléments similaires. (une colonne) Par exemple, le cuivre, l’argent et l’or appartiennent tous les trois à la même famille. Une famille chimique est une colonne (verticale) dans le tableau périodique.
La métallurgie La métallurgie = « metallurgy » or « metallurgical industry » La métallurgie est la science et la technologie de l’extraction (l’enlever) des éléments métalliques et de l’utilisation de ces éléments.
Le processus de la métallurgie La métallurgie utilise 3 processus: L’extraction Le traitement La fabrication d’alliages
L’extraction Peu de métaux existent à l’état pur dans la nature. Alors, il faut extraire (« to extract ») la plupart des métaux de minéraux. Un minéral est une substance pure solide trouvée dans la croûte terrestre.
L’extraction #2 Les minéraux sont trouvés généralement comme la forme de blocs enfermés dans du minerai. Alors, un minerai est un dépôt de roches, de gravier, ou de terre où tu peux extraire les minéraux.
L’extraction #3 L’extraction de l’élément métallique du minerai utilise 2 étapes: La concentration La décomposition
L’extraction #4 La concentration consiste à éliminer le plus de roche possible du minerai de manière que le mélange résultat a le plus de minéraux possible. La concentration est un changement physique.
L’extraction #5 La décomposition consiste à diviser un composé minerai par un processus chimique Pendant la décomposition, tu peux éliminer les substances mauvaises qui va isoler presque tout le métal recherché. La décomposition est un changement chimique.
Le traitement Le traitement est la modification des propriétés d’un métal pur non accompagnée de changments chimiques.
La fabrication d’alliages Tu peux fabriquer un alliage par modifier les propriétés d’un métal par mélanger plusieurs éléments de manière à produire un alliage. Des exemples des alliages (une solution solide): le cupronickel, l’acier inoxydable, le laiton.
Les anciens façons à classifier des éléments Voici les anciens façons à classifier les éléments: Par les familles chimiques Par les propriétés physiques et chimiques
La classification des éléments Durant les années 1860, plusieurs scientifiques ont essayé de classer les éléments connus selon leur masse atomique. Cette classification a été proposé par le chimiste russe Dimitri Mendeleïev (1834-1907)
Dimitri Mendeleïev Dimitri Mendeleïev était un chimiste russe (1834-1907) Il a préparé la meilleure représentation du tableau périodique.
Le tableau périodique Le tableau périodique est le tableau dans lequel les éléments sont organisés en lignes et en colonnes selon leur numéro atomique. Le tableau périodique de Mendeleïev est l’une des bases de la chimie moderne.
Le tableau périodique de notre texte Le tableau périodique de notre texte est sur la page 562. Il contient les données suivants: Les symboles chimiques des éléments Les masses atomiques des éléments Les numéro atomiques des éléments L’état de chaque élément aux conditions normales
Le fonction des symboles Écris en mots ce calcul mathématique: 4378 ÷ 2189 = 2 Beaucoup de travail n’est-ce pas? Alors, comme les mathématiques, la science utilise les symboles chimiques pour simplifier le travail.
Les symboles chimiques Le système d’écriture symbolique utilisé en chimie est les symboles chimiques. Le symbole de chaque élément est le même dans toutes les langues. Les symboles chimiques simplifie le travail en chimie.
Un groupe du tableau périodique Chaque colonne du tableau périodique s’appelle un groupe. Il y a 18 groupes dans le tableau périodique.
Une période du tableau périodique Chaque ligne du tableau périodique s’appelle une période. Il y a 7 périodes dans le tableau périodique.
Les tendances du tableau périodique #1 Quand tu bouges de gauche à droite par une période, le numéro atomique et la masse atomique relative va augmenter. Quand tu bouges de gauche à droite par une période, les propriétés des éléments changent beaucoup (du métal au non-métal)
Les tendances du tableau périodique #2 Quand tu descends un groupe, le numéro atomique et la masse atomique relative va augmenter. Les propriétés des éléments dans un groupe sont semblables.
Les métaux alcalins Les métaux alcalins réagissent le plus en présence de l’air ou de l’eau. Ils sont trouvés dans le groupe 1 du tableau périodique (le groupe le plus à gauche) Les éléments: le lithium, le sodium, le potassium, le rubidium, le césium et le francium.
Les métaux alcalino-terreux Les métaux alcalino-terreux sont trouvés dans le groupe 2 du tableau périodique. Les éléments: le béryllium, le magnésium, le calcium, le strontium, le baryum et le radium.
Les halogènes Les halogènes sont les non-métaux les plus réactifs. Ils sont trouvés dans le groupe 17 du tableau périodique. Les éléments: le fluor, le chlore, le brome, l’iode et l’astate.
Les gaz « nobles » Les gaz « nobles » sont les éléments qui ne sont pas réactifs parce qu’ils sont chimiquement stable. Ils sont trouvés dans le groupe 18 du tableau périodique (le groupe le plus à droite) Les éléments: le hélium, le néon, l’argon, le krypton, le xénon, et le radon.
***D’autres faits du tableau périodique*** Les métaux de transition Les éléments de terre rare
L’exploration de l’atome Chaque atome d’un élément a un noyau et un nuage électronique.
Le noyau Le noyau = « nucleus » Le noyau est le petit centre de l’atome qui est très dense et très positif.
Le nuage électronique Le nuage électronique = « electron cloud » Le nuage électronique est une grande enveloppe qui est très légère et très négative.
L’atome divisible En 1803, Dalton a décrit que l’atome était une minuscule sphère indivisible, semblable à une boule de billard. Mais, grâce à J.J. Thomson, nous savons maintenant que l’atome est divisible en particules subatomiques.
Les particules subatomiques Les particules subatomiques sont des particules qui sont plus petites que des atomes. Les particules subatomiques sont trouvées dans le noyau de l’atome ou autour le noyau.
Les particules subatomiques Simplement, il y a trois particules subatomiques: Les protons Les électrons Les neutrons
Les protons Un proton est une particule de charge positive qui est une partie du noyau d’un atome. Un proton a une masse relative de 1.
Les électrons Un électron est une particule de charge négative qui orbite autour du noyau d’un atome. (dans le nuage électronique). Un électron a une masse relative de 0 u.
Les neutrons Un neutron est une particule sans charge électrique qui est trouvé dans le noyau d’un atome. Un neutron a une masse relative de 1 u.
A quark http://en.wikipedia.org/wiki/Quark Quark = un quark
Les faits importants des particules subatomiques Un électron a la même quantité de charge qu’un proton, mais les deux sont opposés. Un proton a une masse beaucoup plus grande qu’un électron. Les neutrons a la même masse du proton.
La masse atomique La masse atomique est la masse totale de tous les protons, les neutrons et les électrons ensemble dans un atome. La masse atomique est mesurée en unités de masse atomique (u). Par exemple, la masse atomique d’oxygène est 15,999 u.
Les unités de masse atomique Les unités de masse atomique (u) est la masse qui correspond exactement au douzième de la masse d’un atome de carbone 12. Le carbone-12 est le point de repère (« benchmark ») pour toutes les masses atomiques.
Le nombre de masse #1 Le nombre de masse est le nombre de protons et de neutrons dans le noyau d’un atome. Le symbole « A » signifie le nombre de masse.
Le nombre de masse #2 Nous arrondissons la masse atomique de l’élément pour trouver le nombre de masse. Par exemple, le nombre de masse d’oxygène est 16 (la masse atomique d’oxygène est 15,999 u)
Une nouvelle classification des éléments Les éléments du tableau périodique moderne est classer selon leur numéro atomique. Le numéro atomique est le nombre de protons de chaque élément. Le symbole « Z » signifie le numéro atomique.
La déduction de la structure atomique #1 Le numéro atomique donne le nombre de protons dans le noyau. Parce que la charge positive doit égaler la charge négative, le numéro atomique donne aussi le nombre d’électrons. Par exemple, Z = 19 du potassium, alors, il y a 19 protons et 19 électrons.
La déduction de la structure atomique #2 Pour trouver le nombre de neutrons, il faut soustraire le numéro atomique du nombre de masse. Alors, # de neutrons = A – Z
Un exemple de cette déduction Trouve le nombre du protons, électrons et neutrons du potassium. Z = 19 et A = 39 du potassium Il y a 19 protons. Il y a 19 électrons. Il y a 20 neutrons parce que 39 – 19 = 20 (A – Z = # du neutrons)
Les isotopes Un isotope est l’une des deux ou plus formes d’un élément qui ont le même nombre de protons, mais un nombre différent de neutrons. Par exemple, le deutérium (A = 2) est un isotope d’hydrogène (Z = 1).
L’élément le plus abondant dans l’Univers L’hydrogène est le plus abondant élément dans l’Univers et il est responsable pour la production de tous les éléments naturels du tableau périodique. L’hydrogène est la partie fondamentale des étoiles comme notre Soleil.
L’atmosphère L’atmosphère est l’enveloppe gazeuse de la planète Terre. Il y a 4 gaz qui sont dans l’air sec: l’azote, oxygène, l’argon et le dioxyde de carbone.
Les cycles Un cycle est « un voyage aller-retour » d’une substance.
Les cycles des gaz Voici les 3 cycles qui assurent que la concentration d’air reste constante: Le cycle du carbone (le recycler de l’oxygène et du gaz carbonique) Le cycle d’azote Le cycle de l’eau
L’oxygène et l’azote gazeux L’oxygène de l’atmosphère est fait de molécules diatomiques (O2) L’azote gazeux de l’atmosphère est fait de molécules N2 -- un élément essentiel à la vie.
L’argon et le carbone L’argon (Ar) est fait d’atomes simples parce que l’argon est complètement inactif. Le carbone dans l’atmosphère est présent dans les molécules de dioxyde de carbone (CO2).
L’air sec L’air sec n’a pas de vapeur d’eau. L’air sec est jamais complètement sec; il contient toujours un peu de vapeur d’eau.
L’hydrosphère La somme de l’eau présente sur la Terre est l’hydrosphère.
L’eau pure L’eau pure a les molécules de H2O. Nous ne trouvons pas d’eau pure dans la nature au sens chimique.
L’eau à l’état naturel À l’état naturel, l’eau a plusieurs substances en solution comme les sels de mer. Les sels de la mer viennent des roches et des sols qui forment les continents.
La croûte terrestre La croûte terrestre est la couche extérieure, faite de roches solides, de la Terre.
L’élément le plus abondant dans le croûte terrestre L’élément le plus abondant de la croûte terrestre est l’oxygène. La raison pour laquelle l’oxygène est l’élément le plus abondant est sa réactivité.
La réactivité La réactivité d’un élément est sa capacité de réagir avec d’autres éléments. L’oxygène peut réagir facilement avec d’autres éléments pour former beaucoup de substances différentes comme la rouille (l’oxygène et le fer) et le sable (l’oxygène et le silicium)
La loi des proportions définies Selon la loi des proportions définies, la composition de n’importe quel composé est fixe et bien définie. Par exemple, la formule chimique H2O indique que l’eau contient toujours deux atomes d’hydrogène pour chaque atome d’oxygène.
Un composé Un composé est une substance pure qui est formé de deux ou de plusieurs éléments combinés dans une proportion définie.
Les molécules Une molécule est un groupe d’atomes liés les uns aux autres (« linked one to the other ») Une molécule est la plus petite quantité d’un composé. Un exemple d’une molécule est l’eau.
Les formules chimiques Une formule chimique est un ensemble de symboles et de chiffres qui représente la composition d’un composé. Un exemple d’une molécule est H2O qui signifie que l’eau est formée de trois atomes: 2 atomes d’hydrogènes, et 1 atome d’oxygène
Comment décomposer les molécules Nous pouvons seulement décomposer les molécules au moyen de l’électrolyse.
L’électrolyse L’électrolyse donne l’énergie nécessaire pour séparer les atomes qui forment des molécules.