Chapitre 4. Les éléments chimiques présents dans l’Univers

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1 Chapitre 4. Les éléments chimiques présents dans l’Univers

2 4.1. Un modèle de l’atome

3 a) Les modèles de l’atome dans l’histoire Le modèle de Démocrite (460 – 370 av. J.-C.)
La matière est constituée de petits « grains » indivisibles appelés atomes A-tomos = in-sécable Les atomes ont diverses formes , ce qui explique la diversité de la matière

4 Le modèle d’Aristote (384 – 322 av. J.-C.)
La matière est constituée de 4 éléments : Le feu L’air La terre L’eau

5 Le modèle de Dalton (1766 – 1844) L’atome est une sphère pleine de matière

6 Le modèle de Thomson (1856 – 1940)
Découvre l’électron, une particule chargée négativement L’atome est une sphère chargée positivement parsemée d’électrons en mouvement. L’ensemble est électriquement neutre

7 Expérience de Rutherford

8

9 Modèle de Rutherford l’atome est constitué d’un noyau chargé positivement autour duquel les électrons sont en mouvement

10 b) L’atome Constitué : d’un noyau ( association de protons et de neutrons) de électrons (autour du noyau)

11 La charge électrique

12 La charge électrique

13 La charge électrique élémentaire
Les types de charges : Positives Négatives La charge électrique élémentaire La charge portée par le proton Notée e=1,6x10-19 C La charge électrique du noyau Q=Ze

14 La cohésion de l’atome Le numéro atomique (Z) Le nombre de masse (A) Les nucléons Symbole de l’atome

15 Applications: 1/p.65

16 À la maison :2/p.65

17 Application : 3/p.65

18 À la maison : 4,5/p.65

19 c) Élément chimique et isotopes
L’élément chimique Est caractérisé par son numéro atomique Z Les isotopes Sont des noyaux qui ont le même nombre de protons, mais un nombre de neutrons différent (même Z, mais des A différents) Les isotopes ont les même propriétés physiques et chimiques Exemple : les isotopes de l’élément hydrogène

20 Application : 9/p.65

21 À la maison : 10/p.65

22 d) La masse d’un atome La masse La masse approchée
Matome= (A-Z)mn+Z.mp+Z.me mn=la masse du neutron mp =la masse du proton me =la masse de l’électrons La masse approchée Mapprochée=A.mnucléon

23 Application : 6/p.65

24 4.2. Le nuage électronique

25 a) Le nuage électronique
Les couches électroniques Les électrons d’un atome sont répartis sur des couches électroniques Noms des couches K,L,M Nombre maximal d’électrons sur chaque couche 2n2 n=le nombre de la couche (n=1 pour la couche K, n=2 pour la couche L….) Structure électronique La répartition des électrons dans les différentes couches

26 Application : 1/p.80 (1., 2.)

27 Couche externe, électrons de valence
C’est la dernière couche occupée Elle contient des électrons appelés « de valence » et qui sont les seuls impliqués lors des réactions chimiques Couches internes, électrons de cœur Toutes les autres couches de l’atome Elles contiennent les électrons dits « de cœur »

28 Application : 1/p.80 (3.)

29 b) La structure électronique des gaz nobles
Les gaz nobles Sont les éléments situés dans la dernière colonne du tableau périodique: He, Ne, Ar, Kr, Rd Sont des éléments remarquablement stables ( ne donnent pratiquement pas de réaction chimique) He (Z=2): K2 Ne (Z=10): K2L8 Ar (Z=18): K2L8M8

30 Conclusion : Les autres éléments :
les gaz nobles ont une couche électronique externe contenant 2 électrons (un duet) ou 8 électrons (un octet); cette structure explique la stabilité particulière des gaz nobles Les autres éléments : ne sont pas stables Lors des réactions chimiques perdent ou gagnent des électrons afin d’acquérir la structure électronique externe du gaz noble le plus proche Ils se transforment en ions

31 Application: 3/p.80

32 c) Les ions monoatomiques
Ion = atome qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons ( au maximum 3) Types : Les cations = ions positifs (atomes qui ont perdu un ou plusieurs électrons) Les anions = ions négatifs (atomes qui ont gagné un ou plusieurs électrons)

33 Application : 2/p.80

34 À la maison : 4/p.80

35 4.3. Le tableau périodique

36 Le tableau de Mendeleiev
1869 : propose une classification des 63 éléments chimiques connus à partir des similitudes de comportement chimique Les éléments sont classés par masse atomique croissante

37 La classification actuelle
Par numéro atomique Z croissant Met en évidence les comportements chimiques similaires des éléments lorsque Z croît

38 Exemple : les 3 métaux Li, Na, K
Ils sont moins denses que l’eau Ils sont mous Ils possèdent une température de fusion basse Ils réagissent avec l’eau et donnent des hydroxydes solides, blancs, translucides et corrosifs 2Li+2H2O -> 2LiOH+H2 2Na+2H2O -> 2NaOH+H2 2K+2H2O -> 2KOH+H2

39 Exemple : Mg, Ca, Sr, Ba Ils s’enflamment de façon violente en présence de O2 pour former des oxydes cristallins 2Mg+O2 -> 2MgO 2Ca+O2 -> 2CaO 2Sr+O2 -> 2SrO 2Ba+O2 -> 2BaO

40 Exemple : F, Cl, Br, I Aux température et pressions usuelles ils sont présents sous forme moléculaire : F2, Cl2, Br2, I2 Ils s’associent avec Na pour former des solides 2Na + F2-> 2NaF 2Na + Cl2-> 2NaCl 2Na + Br2-> 2NaBr 2Na + I2-> 2NaI

41 Le tableau périodique a une structure en lignes et colonnes (groupes)
Tous les éléments possédant une réactivité analogue (même types de réactions chimiques) se trouvent dans une même colonne

42 La famille des alcalins (colonne 1)

43 La famille des halogènes (colonne 17)

44 La famille des gaz nobles (colonne 18)

45 La classification périodique est reliée à la structure électronique des éléments
Application : donner la structure électronique des 3 premières lignes

46

47 Tous les éléments ont le même nombre d’électrons sur leur couche électronique externe
Tous les éléments d’une colonne donnent le même type d’ion