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 +)

Une représentation simplifiée est appelée modèle. 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. A est aussi appelé nombre de masse. 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 noyau d ’un atome de symbole chimique X est représenté par 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 X Z

Application 1 Compléter le tableau

Application 1 Correction 27 91 51 1 40 59 32

Cu Cu II. Le noyau Même Z 3- Les isotopes 65 63 29 29 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 63 Cu Cu 29 29 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 X tous les représentants (ou isotopes) de cet élément. A Z

Application 2 Le numéro atomique du fer est Z = 26 et son nombre de neutrons varie de 28 à 30 . Ecrire sous la forme X tous les représentants ( ou isotopes ) de cet élément. A Z 26 54 55 56 Fe Fe Fe

Cl Application 3 35 17 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.

Application 3 35 Cl 17 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

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 12 197 63 27 2- Nombre d’électrons. Application 4 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. 12 197 63 27 6C 79Au 29 Cu 13Al

3 - Répartition en couches. 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.

3 - Répartition en couches. 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.

Mg 24 12 électrons 12 Plaçons d'abord 2 électrons III- Les électrons Exemple : Répartissons ensemble les électrons d ’un noyau de magnésium 24 12 Mg 12 électrons Plaçons d'abord 2 électrons sur la couche K celle qui est la plus près du noyau.

Mg : (K)2 24 12 Reste 10 électrons à placer. Remplissons la couche L de 8 électrons.

Mg : (K)2 (L)8 24 12 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 Mg : (K)2 (L)8 (M)2 La couche interne est toujours la couche K La couche externe est la dernière couche remplie 12

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 80Hg

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 80Hg

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 Cl- En 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-

Structure électronique de l’atome Structure électronique de l’ion Application : Atome Z Structure électronique de l’atome Ion Structure électronique de l’ion H 1 H+ Cations Li 3 Li+ Be 4 Be2+ Na 11 Na+ Mg 12 Mg2+ Al 13 Al3+ O 8 O2- Anions F 9 F- S 16 S2- Cl 17 Cl-