CHIMIE - DPHU...chimie à raison d'une période par semaine, une sélection de vingt-cinq fiches...

MINISTERE DE LA COMMUNAUTE FRANCAISE MINISTERE DE LA COMMUNAUTE FRANCAISE

ADMINISTRATION GENERALE DE L'ENSEIGNEMENTADMINISTRATION GENERALE DE L'ENSEIGNEMENTET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUEET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

Service général des Affaires pédagogiques, de la Recherche en Pédagogie et du PilotageService général des Affaires pédagogiques, de la Recherche en Pédagogie et du Pilotage de l'Enseignement organisé par la Communauté françaisede l'Enseignement organisé par la Communauté française

Inspection de l’enseignement secondaire Inspection de l’enseignement secondaire

Centre d’Auto-Formation (CAF) - TihangeCentre d’Auto-Formation (CAF) - Tihange

CHIMIEDEUXIEME DEGRE (4e)

Fiches de séquences de leçons

Deuxième édition – version élève

Travail collectif réalisé par des professeurs de chimieTravail collectif réalisé par des professeurs de chimie

sous la direction des Inspecteurs Philippe ARNOULD et Jacques FURNEMONT sous la direction des Inspecteurs Philippe ARNOULD et Jacques FURNEMONT

et de Pierre COLLETTE, Formateur pédagogiqueet de Pierre COLLETTE, Formateur pédagogique

19981998

PROFESSEURS AYANT COLLABORE AU DEVELOPPEMENT DES SUPPORTS D’ACTIVITE

Baiverlin C. AR Verviers

Barbette S. AR Pont de Seraing

Beghin E. AR Y. Cornet Jupille

Bes N. AR Jean Absil Bruxelles

Blondeau E. AR L. Tellier Anvaing

Bonmariage R. AR Aywaille

Crocq P. AR Waremme

Deberg F. AR Chênée

Debraine C. AR du Centre Braine L’Alleud

Deconinck C. AR Beauraing

Dehuy F. AR Flémalle

Delmarcelle L. AR Ottignies

Delvigne F. AR Virton

Demoustier R. AR Péruwelz

Dufour R. AR Dour

Dujardin J. AR Jodoigne

Fostier N. AR Beaumont

Furlan M. AR Y. Cornet Jupille

Galand M. AR Bruxelles 2

Gallez O. AR Quiévrain

Garraux J.P. AR Bertrix

Ghiot C. AR Prince Baudouin Marchin

Gillet A. LCF Plombières

Gowenko B. ITCF Jemelle

Grogna M-T. AR Jean d'Avesnes Jemappes (Jemappes) Guyaux A. AR Chatelet Centre

Heinesch M. LCF Manhay

Hooghe V. AR Enghien

Hotelet F. AR Les Marlaires Gosselies

Hougardy M-L. AR Herstal

Jeronnez E. AR Uccle I

Knappenberg M. AR St Ghislain

Lamborelle G. LCF Reine Fabiola Houffalize

Loos M. AR Koekelberg

Malengreau N. AR Braine le Comte

Manet G. AR Gilly

Maréchal A. AR Binche

Maréchal R. AR Neufchâteau

Martin G. AR Philippeville

Martin R. AR Vielsalm

Merciny L. AR Huy

Michaux J. AR Thil Lorrain Verviers

Michel F. AR Riva Bella Braine L’Alleud

Nailis J. AR Malmédy

Naoumoff M. AR Rochefort

Orlez L. AR Esneux

Parent A. AR Campin Tournai

Pignon D. AR Andrée Thomas Forest

Portier E. AR Mouscron

Preutens E. AR Watermael-Boitsfort

Regniers N. AR Binche

Remy C. AR Comines

Schoofs C. AR Uccle I

Tarte C. AR Ouffet

Verheslt N. AR Thuin

Vissenaekens E. LCF Pecq

Wanlin C. AR Athus

INTRODUCTION

Les séquences qui suivent sont construites selon la méthodologie

préconisée dans le programme de 4G : développer des capacités

centrées sur la démarche scientifique. La démarche inducto-

déductive comporte quatre étapes :

idée - action - conclusion - application

Cette approche inductive est destinée à associer l’élève à la

construction du savoir, ce qui nécessite, dans un contexte

d’expérimentation, la mise en œuvre de divers supports tels que

tableaux, graphiques, schémas ...

Il est illusoire d’imaginer qu’un tel travail puisse être réalisé à titre

individuel, c’est pourquoi ce document est le résultat de la

contribution de plusieurs équipes de professeurs volontaires. Il

constitue l’aboutissement des séquences de leçons mises au point

lors des journées pédagogiques.

Ce document comporte une cinquantaine de fiches, ce qui

correspond à une moyenne d'une fiche par leçon pour le cours de

chimie à raison de deux périodes par semaine. Quant au cours de

chimie à raison d'une période par semaine, une sélection de vingt-

cinq fiches environ s'impose: l'électrolyse sera limitée à un ou deux

exemples; la liaison chimique fera également l'objet d'une étude

condensée.

CAF - chimie 4e - page 4

SOMMAIRE

APPROCHE EXPERIMENTALE DU TABLEAU PERIODIQUE : les métaux, les non-métaux et leurs ions. 1. Les ions en solution aqueuse � Fiche n°1 : Quelle est la composition d’une eau minérale ? � Fiche n°2 : Le sodium présent dans l’eau minérale est-il sous forme métallique ou sous une autre

forme ? � Fiche n°3 : Dans l’eau, le sodium (Na) est-il présent sous forme d’entité électriquement neutre ou

chargée ? � Fiche n°4 : Quelle est la nature de la charge portée par Cu et Cl dans CuCl2 (aq) ? � Fiche n°5 : Les conclusions de la fiche consacrée à l’électrolyse sont-elles généralisables ?

2. L' ionisation des métaux et des non-métaux � Fiche n°6 : Quelle(s) différence(s) y a-t-il entre l’atome neutre et le cation correspondant ? � Fiche n°7 : Quels critères peut-on adopter pour classer les métaux ? � Fiche n°8 : Quelle(s) différence(s) y a-t-il entre l’atome neutre et l’anion correspondant ? � Fiche n°9 : Quels critères peut-on adopter pour classer les non-métaux ?

LA CLASSIFICATION PERIODIQUE

3. Le tableau de Mendeleev � Fiche n°10 : Classement des principaux éléments à l’aide du puzzle périodique. � Fiche n°11 : Quelle est la signification physique du numéro atomique Z ?

LA STRUCTURE DE L'ATOME

4. Les relations propriétés - configuration électro nique � Fiche n°12 : Le modèle essaim d’abeilles permet-il d’expliquer l’évolution du rayon atomique en

fonction du nombre d’électrons ? � Fiche n°13 : Pour chacun des 20 éléments les plus légers, quel est le nombre d’électrons de la

dernière couche ? � Fiche n°14 : Pour chacun des 20 éléments les plus légers, quelle est la répartition des électrons sur

les différentes couches ?

5. La configuration électronique des éléments des g roupes a � Fiche n°15 : Quelles significations physiques peut-on attribuer au n° du groupe a et au n° de

période auxquels appartient un élément chimique ? � Fiche n°16 : Pourquoi les éléments d’une famille ont-ils des propriétés analogues ? � Fiche n°17 : Comment peut-on représenter les éléments des groupes a, de manière à faire

apparaître la configuration de la couche électronique périphérique responsable de la réactivité des éléments d’une famille ?

6. Le noyau atomique et la carte d'identité d'un él ément � Fiche n°18 : Quelle est la structure du noyau de l’atome ? � Fiche n°19 : Peux-tu proposer une définition de la notion d’élément chimique sur base de la

structure du noyau ? � Fiche n°20 : Quelle relation y a-t-il entre le nombre de masse A et la masse atomique relative Ar

d’un élément chimique ?

L'ELECTRONEGATIVITE

7. L'échelle d'électronégativité des éléments � Fiche n°21 : Caractérisons la tendance à l'ionisation POSITIVE ou NEGATIVE d'un atome. � Fiche n°22 : Comment varie l'électronégativité (χ) dans le tableau périodique ? � Fiche n°23 : Comment localiser, à l'aide de l'électronégativité, un élément métallique ou non

métallique dans le T.P. ?


LA LIAISON CHIMIQUE

8. La structure des solides � Fiche n°24 : Peut-on classer les solides en substances à structure ordonnée ou désordonnée ? � Fiche n°25 : Quelle est la structure microscopique des solides cristallins ?

9. La cohésion � Fiche n°26 : Quelles sont les forces qui assurent la cohésion dans les substances à structure

moléculaire ou ionique ?

10. Les forces électrostatiques � Fiche n°27 : Quelle est la nature des forces entre atomes dans la molécule de dihydrogène (H2) ? � Fiche n°28 : Quelle est la nature des forces entre ions dans le composé ionique NaCl ?

11. La représentation des liaisons � Fiche n°29 : Comment représentes-tu la formation d'ions dans les composés à caractère ionique ? � Fiche n°30 : NaCl est un substance ionique. Cl2 est une substance covalente. Qu'en est-il de HCl ?

12. La détermination du type de liaison � Fiche n°31 : Existe-t-il une relation entre ∆χ et la charge partielle δ+ ou δ− ? � Fiche n°32 : La formule générale peut-elle servir à classer des substances en substances à

caractère ionique ou substances à caractère moléculaire ? � Fiche n°33 : Quels types de liaison rencontre-t-on dans les composés binaires hydrogénés ? � Fiche n°34 : Justifie la géométrie spatiale des molécules des composés binaires hydrogénés. � Fiche n°35 : Quels types de liaison rencontre-t-on dans les composés binaires oxygénés ? � Fiche n°36 : Quelles sont les formules de structure de l'hémitrioxyde et de l'hémipentoxyde d'azote

? � Fiche n°37 : Quels types de liaison rencontre-t-on dans les composés hydroxylés XOH tels que

MOH et M'OH (HM'O) ? � Fiche n°38 : Quelle est la formule de structure d'un sel ?

13. Le nombre d'oxydation (N.O.) � Fiche n°39 : Qu'appelle-t-on nombre d'oxydation d'un élément chimique ? � Fiche n°40 : Comment détermine-t-on le N.O. d'un élément d'un composé binaire moléculaire? � Fiche n°41 : Comment détermine-t-on rapidement le N.O. d'un élément dans une molécule ? � Fiche n°42 : Comment déterminer par la méthode algébrique le N.O. d'un élément dans un ion

polyatomique ?

14. La géométrie moléculaire � Fiche n°43 : Quelle est la géométrie spatiale d'une substance à structure moléculaire (molécule ou

ion polyatomique) ?

15. Les relations propriétés/structure � Fiche n°44 : Comment se comportent diverses substances binaires en présence d'un champ

électrique ? � Fiche n°45 : Comment se comportent des substances moléculaires polaires en solution aqueuse ? � Fiche n°46 : Comment se comportent des substances ioniques en solution aqueuse ? � Fiche n°47 : Comment les acides, les bases hydroxydes et les sels se dissocient-ils en ions en

solution aqueuse ? � Fiche n°48 : Comment les oxydes acides (M'O) et les oxydes basiques (MO) se dissocient-ils en

ions en solution aqueuse ?

LA REACTION CHIMIQUE

16. Les réactions rédox et non rédox � Fiche n°49 : Recherche d'une classification des réactions chimiques. � Fiche n°50 : Quelle est l'interprétation électronique d'une rédox en solution aqueuse ? � Fiche n°51 : Classons les réactions non-rédox en solution aqueuse. � Fiche n°52 : Interprétons les réactions non-rédox en solution aqueuse à l'aide du modèle de

l'ionisation.


APPROCHE EXPERIMENTALE DU TABLEAU PERIODIQUE : les métaux, les non-métaux et leurs ions

1. Les ions en solution aqueuse . Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions suivantes : • Fiche n°1 : Quelle est la composition d’une eau min érale ? • Fiche n°2 : Le sodium présent dans l’eau minérale est-il sous forme métallique ou sous une

autre forme ? • Fiche n°3 : Dans l’eau, le sodium (Na) est-il prése nt sous forme d’entité électriquement

neutre ou chargée ? • Fiche n°4 : Quelle est la nature de la charge porté e par Cu et Cl dans CuCl 2 (aq) ? • Fiche n°5 : Les conclusions de la fiche consacrée à l’électrolyse sont-elles généralisables ? Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur l'observation d'étiquettes d'eaux minérales et d'expériences simples afin de déterminer le schéma de décomposition (ionisation) des sels en solution aqueuse. La nature des ions sera confirmée par des expériences de conductibilité puis des électrolyses. Bilan notionnel • Mots clés : ion, anion, cation, générateur de courant, pile, borne d'un générateur, électrode,

électrolyse, électrolyte. • Représentations - Modèles : schéma d'une électrolyse (montage), schéma de fonctionnement,

équations des réactions aux électrodes.


Approche expérimentale du tableau périodique - Fich e n° 1 IDEE Quelle est la composition d’une eau minérale ? ACTION

Capacités exercées O H E R I C On donne des étiquettes factices d’eaux minérales

Comparer des tableaux


On demande 1. Compare les données relatives à la composition chimique de l’eau figurant sur les

deux étiquettes. Analogies:..................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

Différences:...............................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

2. Dans l’état actuel de tes connaissances, es-tu en mesure de déterminer quelle est la notation correcte pour les entités citées?

3. Comment pourrais-tu procéder pour lever cette ambiguïté ?

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

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..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

Passe à la fiche n°2.

OUI / NON


Approche expérimentale du tableau périodique - Fich e n° 2 IDEE Le sodium présent dans l’eau minérale est-il sous f orme métallique ou sous une autre forme ? ACTION

Capacités exercées O H E R I C On réalise les expériences suivantes 1. On jette un petit morceau de sodium métallique (Na) dans l’eau d’un cristallisoir. 2. On procède de manière identique avec un pincée de chlorure de sodium (NaCl). On demande de réaliser le schéma des expériences et de noter les observations.

schéma observations addition de Na dans H2O

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

addition de NaCl dans H2O

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

CONCLUSION

Observer une réaction chimqiue. Etablir des relations entre les faits.


Sous quelle forme le sodium est-il probablement présent dans l’eau minérale ? Précise tes arguments.

..............................................................................................................................

..............................................................................................................................

..............................................................................................................................

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.

Passe à la fiche n° 3.


Approche expérimentale du tableau périodique - Fich e n°3 IDEE Dans l’eau, le sodium (Na) est-il présent sous form e d’entité électriquement neutre ou chargée ? ACTION

Capacités exercées O H E R I C

On réalise l’expérience suivante : Vérifier s’il y a ou non passage du courant dans une solution contenant des entités sodium. Schéma de montage

schéma figuratif

légende 1. eau distillée ou solution testée 2. ampoule électrique 3. borne positive du générateur (pile) 4. borne négative du générateur (pile) 5. électrode positive (en graphite) 6. électrode négative (en graphite)

schéma conventionnel

Etablis la légende du montage sur le schéma conventionnel.

+ -

Etablir des relations entre des faits; émettre des hypothèses.


Expériences

schéma observations

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

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..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

CONCLUSION Sachant que le courant électrique est un flux de charges et compte tenu des observations précédentes, quelle(s) hypothèse(s) peux-tu formuler quant à la nature des entités sodium (et chlore) présentes dans une solution de chlorure de sodium NaCl (aq) ? .......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

....................................................................................................................................

Pour tester cette hypothèse, passe à la fiche n°4.

eau distillée

NaCl (aq)


pompe

sens du déplacement du liquide

Approche expérimentale du tableau périodique - Fich e n°4 IDEE Quelle est la nature de la charge portée par Cu et Cl dans CuCl 2 (aq) (*) ? ACTION

Capacités exercées O H E R I C Prérequis : toutes les solutions d'un sel de cuivre (II) sont bleues (à vérifier en classe). On réalise l’électrolyse du chlorure de cuivre (II) en solution aqueuse. Schéma du montage

légende 1. solution à électrolyser

2. borne positive du générateur (pile)

3. borne négative du générateur (pile)

4. électrode positive (en graphite)

5. électrode négative (en graphite)

6. ampoule électrique

Etablis la légende de ce montage. Analogie de fonctionnement : la pompe aspirante et refoulante

(*) On utlise CuCl2 plutôt que NaCl pour la facilité d’interprétation et pour des raisons pratiques (conditions expérimentales très particulières).

Le générateur de courant continu (pile) est comparable à une pompe: le sens du déplacement du liquide correspond au sens du déplacement des électrons dans les conducteurs solides et des particules chargées négativement dans la solution. Les particules chargées positivement se déplacent dans le sens inverse.

sens du déplacement des e-

+ - +

-

pile

3 2

4

5

1

Etablir des relations entre des faits; émettre des hypothèses.


On demande • de représenter sur le schéma les modifications observées; • de noter les observations;


..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

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..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................


• d’interpréter ces observations.

− Pour aider ta réflexion, indique d’abord sur le schéma ci-dessous:

1. la polarité des électrodes (signe + ou -); 2. le sens de déplacement des électrons dans le circuit extérieur (fils électriques); 3. le sens de déplacement des entités chargées dans la solution ( + ou - );

− Propose une explication pour justifier les observations de la page précédente:

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

− En te souvenant que la molécule est électriquement neutre , précise les formules:

1. des entités chargées présentes initialement dans la solution?

...................................................................................... ..................................

2. des entités finales ? ........................................................................................

− Quelles sont les transformations subies par les entités initiales aux électrodes ?

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

_ _

+ _

+

+


Approche expérimentale du tableau périodique - Fich e n°5 IDEE Les conclusions de la fiche consacrée à l’électroly se sont-elles généralisables ? ACTION


On réalise l’électrolyse de trois solutions : ZnI2 (aq), NiCl2 (aq), HBr (aq).

Schéma Observations Conclusions Electrolyse de ZnI2 (aq)

............................................

............................................

............................................

............................................

............................................

............................................

............................................

Ions initialement présents en solution:

...................................................

............................................

Transformations aux électrodes:

Electrode +: ........ .devient ..........

Electrode - : .......... devient ..........

Electrolyse de NiCl2 (aq)

............................................

............................................

............................................

............................................

............................................

............................................

............................................


...................................................

..................................................




Electrolyse de HBr (aq)

............................................

............................................

............................................

............................................

............................................

............................................

............................................


...................................................

............................................




Tirer une conclusion (généraliser), modéliser.


SYNTHESE (MODELISATION)

1. Dissolution d’une substance du type MM’ ou HM’ dans l’eau

On donne

• le métal M et l’hydrogène H se trouvent à l’état d’ions positifs: M+ (aq) et H+ (aq);

• le non-métal M’ se trouve à l’état d’ions négatifs: M’- (aq).

SUBSTANCE

(ELECTROLYTE)

MM’ou HM’

ION POSITIF

(CATION)

M+ (aq) ou H+ (aq)

ION NEGATIF

(ANION)

M’- (aq)

CuCl2

ZnI2

NiCl2

HBr

Cu2+ (aq)

Zn2+ (aq)

Ni2+ (aq)

H+ (aq)

Cl- (aq)

l- (aq)

Cl- (aq)

Br- (aq)

On demande de caractériser:

• un électrolyte:

................................................................................................................................

................................................................................................................................

• un cation:

................................................................................................................................

................................................................................................................................

• un anion:

................................................................................................................................

................................................................................................................................


2. Ionisation des électrolytes en solution aqueuse:

On demande

• de compléter les équations.

CuCl2 → Cu2+ (aq) + 2 Cl-(aq)

ZnI2 → .........................................

NiCl2 → .......................................

HBr → .........................................

• de préciser le comportement de l’électrolyte en solution aqueuse:

..............................................................................................................................

..............................................................................................................................

• de justifier l’équilibration des équations de dissociation en ions:

..............................................................................................................................

..............................................................................................................................

..............................................................................................................................

Zn2+ I-

I-

I-

l- Zn2+

Cu2+ Cl-

Cl-

Cl-

Cl- Cu2+

Ni2+ Cl-

Cl-

Cl-

Cl- Ni2+

H+ Br- H+

H+

Br-

Br-

Br- H+


D’une manière générale:

MM’ →→→→ M+(aq) + M’ -(aq) (*)

HM’ →→→→ H+(aq) + M’ -(aq)

3. Migration des ions:

On donne

Lors d’une électrolyse

• les ions positifs (CATIONS) migrent vers l’électrode négative (CATHODE);

• les ions négatifs (ANIONS) migrent vers l’électrode positive (ANODE).

On demande de préciser dans cette expérience le rôle joué par:

• la cathode:

..............................................................................................................................

• l’anode:

..............................................................................................................................

(*) On suppose ici que A et B sont porteurs d'une seule charge électrique (monovalents).

_ _

+ _

+

+


4. Réactions aux électrodes

a) Relate par un texte les événements qui se produisent aux électrodes:

• à la cathode;

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

• à l’anode.

..................................................................................................................................

..............................................................................................................................

..........................................................................................................................

+ -

Cl-

Cu2+

Cl-

+ -

Cl-

Cu2+

Cl-

+ - Cl

Cu

Cl

+ - Cl

Cu

Cl

+ - Cl-

Cu2+

Cl- e-

e- 2 e-

+ - Cl-

Cu2+

Cl- e-

e- 2 e-

EN FIN AU COURS AU DEBUT

EN FIN AU COURS AU DEBUT


b) Les réactions aux électrodes peuvent être traduites par les équations suivantes:

2 Cl- (aq) →→→→ [ 2 Cl ] + 2 e - Cu2+ (aq) + 2 e- →→→→ Cu (s)

Cl2 (g)

Soit d’une manière plus synthétique:

• à la cathode: Cu2+ (aq) + 2 e- →→→→ Cu (s)

• à l’anode: 2 Cl- (aq) →→→→ Cl2 (g) + 2 e-

+ -

N.B.: Le chlore atomique est instable, il se recombine rapidement en chlore moléculaire.

+ -


◊ Ecris les équations-bilans des réactions aux électrodes relatives aux autres

exemples envisagés:

a) ZnI2 :

• à la cathode:..........................................................................

• à l’anode: ..............................................................................

b) NiCl2 :

• à la cathode:..........................................................................

• à l’anode: ..............................................................................

c) HBr :

• à la cathode:..........................................................................

• à l’anode: ..............................................................................

◊ Généralise à l’aide des formules générales les réactions aux électrodes lors de

l’électrolyse de

a) MM’ :

• à la cathode:..........................................................................

• à l’anode: ..............................................................................

a) HM’ :

• à la cathode:..........................................................................

• à l’anode: ..............................................................................


CONCLUSIONS

• Sous l’effet du solvant (H2O), l’électrolyte se dissocie en ions:

AB →→→→ A+(aq) + B-

(aq) (*)

• Sous l’effet du courant électrique, les ions migrent vers les électrodes de signe

opposé. Ils s’y neutralisent et se transforment en entités neutres:

Cathode (-): A +(aq) + e- →→→→ A0

Anode (+) : B -

(aq) →→→→ B0 + e-

(*)On suppose ici que M et M' sont porteurs d'une seule charge électrique (monovalents).


CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 1 à 5)

PREMIERE SEQUENCE : APPROCHE DU TABLEAU PERIODIQUE - LES IONS EN SOLUTION AQUEUSE

1. Les eaux minérales contiennent des sels ionisés. Par exemple, le chlorure

de sodium, NaCl, est sous la forme d'ions Na+(aq) et Cl-(aq).

2. Ce fait peut être confirmé par des expériences de conductibilité

électrique de solutions salines.

schéma figuratif de conductibilité

légende 1. eau distillée ou solution testée 2. ampoule électrique 3. borne positive du générateur (pile) 4. borne négative du générateur (pile) 5. électrode positive (en graphite) 6. électrode négative (en graphite)

schéma conventionnel

Si on utilise une solution de NaCl, la lampe brille : des ions sont présents

en solution puisque cette dernière est conductrice du courant.

+ -

1

1

6

5

4

3

2

2

3

4

5

6


pompe

sens du déplacement du liquide

3. La nature des charges présentes sur les ions métalliques et non

métalliques peuvent être précisées par des expériences d'électrolyse de

sels binaires en solution.

schéma figuratif d'une électrolyse

légende 1. solution à électrolyser

2. borne positive du générateur (pile)

3. borne négative du générateur (pile)

4. électrode positive (en graphite)

5. électrode négative (en graphite)

Analogie de fonctionnement de l'électrolyse : la pompe aspirante et refoulante

Lors de l'électrolyse d'une solution aqueuse de CuCl2, du cuivre se

dépose sur l'électrode négative et du chlore se dégage à l'électrode

positive : les ions du cuivre doivent donc être positifs et les ions du

chlore négatifs.

Equations des transformations :

• à l'électrode négative (cathode) : Cu2+(aq) + 2e- →→→→ Cu (s);

• à l'électrode positive (anode): 2 Cl- (aq) →→→→ Cl2 (g) + 2e-.

Le générateur de courant continu (pile) est comparable à une pompe: le sens du déplacement du liquide correspond au sens du déplacement des électrons dans les conducteurs solides et des particules chargées négativement dans la solution. Les particules chargées positivement se déplacent dans le sens inverse.

sens du déplacement des e-

+ - +

-

pile

1

2 3

4 5


4. Quelques définitions:

• électrolyte : substance qui se dissocie en solution aqueuse et conduit

le courant électrique;

• cation : ion chargé positivement ;

• anion : ion chargé négativement ;

• cathode : électrode négative lors d'une électrolyse, elle attire les

cations;

• anode : électrode positive lors d'une électrolyse, elle attire les

anions.

5. Généralisation de l'électrolyse d'un composé binaire en solution aqueuse

• Sous l'effet du solvant (eau), l'électrolyte AB est dissocié en ions:

AB →→→→ A+(aq) + B-(aq)

• Sous l'effet du courant électrique, les ions migrent vers les

électrodes de signe opposé. Ils y perdent leurs charges et se

transforment en entités neutres :

� cathode (-) : A+(aq) + e- →→→→ A0

� anode (+) : B-(aq) →→→→ B0 + e-


APPROCHE EXPERIMENTALE DU TABLEAU PERIODIQUE : les métaux, les non-métaux et leurs ions

L'ionisation des métaux et des non-métaux . Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions suivantes : • Fiche n°6 : Quelle(s) différence(s) y a-t-il entre l’atome neutre et le cation correspondant ? • Fiche n°7 : Quels critères peut-on adopter pour cla sser les métaux ? • Fiche n°8 : Quelle(s) différence(s) y a-t-il entre l’atome neutre et l’anion correspondant ? • Fiche n°9 : Quels critères peut-on adopter pour cla sser les non-métaux ? Démarche et compétences développées. La démarche préconisée est basée sur l'observation de schémas qui induisent la différence entre un atome et l'ion correspondant. Des situations expérimentales permettent de classer d'abord les métaux puis les non-métaux selon leur réactivité croissante et de proposer une ébauche de classement des éléments. Bilan notionnel. • Mots clés : noyau, électron, équation d'ionisation. • Représentations - Modèles : modèle de l'atome ( et des ions) en essaim d'abeilles, équations

d'ionisation.


Approche expérimentale du tableau périodique - Fich e n°6 IDEE Quelle(s) différence(s) y a-t-il entre l’atome neu tre et le cation correspondant ? ACTION


On donne une représentation schématique de l’atome (essaim d’abeilles). ex: atome de Na:

On demande 1. Choisis parmi les schémas suivants celui qui peut représenter l’ion Na+. a) b) c) 2. Complète le tableau suivant.

nbre de charges + (du noyau)

nbre de charges - (électrons)

bilan des charges

atome de Na

cation Na+

3. Comment l’atome de Na se transforme-t-il en un ion Na+ ? ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 4. Ecris l’équation d’ionisation de Na: ..........................................................................

11 +

e-

10 +

11e-

11 +

12 e-

11 +

10e-

Interpréter des représentations simples d’atomes et d’ions.


APPLICATIONS 1. Complète le tableau suivant pour le potassium, le magnésium et le calcium.



bilan des charges

atome de K 19

cation K+

atome de Mg 12

cation Mg2+

atome de Ca 20

cation Ca2+

2. Ecris les équations d’ionisation de K, de Mg et de Ca. • .................................................................................................................................

• .................................................................................................................................

• .................................................................................................................................

CONCLUSION Les cations (M n+) sont des atomes métalliques (M 0) qui ont perdu n électrons (e -).

Equation d’ionisation: M 0 →→→→ Mn+ + n e-


Approche expérimentale du tableau périodique - Fich e n°7 IDEE Quels critères peut-on adopter pour classer les mét aux ? ACTION

Capacités exercées O H E R I C On donne des expériences à réaliser entre l’eau et différents métaux. On demande 1. Complète le tableau suivant: Réaction entre l’eau et Observations

le sodium (Na)

............................................................................................

............................................................................................

............................................................................................

le potassium (K)

............................................................................................

............................................................................................

............................................................................................

le magnésium (Mg)

............................................................................................

............................................................................................

............................................................................................

le calcium (Ca)

............................................................................................

............................................................................................

............................................................................................

2. Série les éléments en fonction de leur réactivité:

1).................... 2)...................... 3)...................... 4)......................

3. Classe les métaux en reportant ces éléments dans le tableau.

ion + ion 2+

.............................

.............................

.............................

.............................

.........................

.........................

.........................

.........................

Réactivité croissante

Observer des réactions, sérier et classer des métaux.


Approche expérimentale du tableau périodique - Fich e n°8 IDEE Quelle(s) différence(s) y a-t-il entre l’atome neu tre et l’anion correspondant ? ACTION

Capacité exercée O H E R I C

On donne l’information suivante: l’atome de chlore compte 17 e-. On demande 1. de représenter un atome de chlore 2. Choisis parmi les schémas suivants celui de l’ion Cl-. a) b) c) 2. Complète le tableau suivant.



bilan des charges

atome de Cl

anion Cl-

3. Comment l’atome de Cl devient-il un ion Cl- ? ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 4. Ecris l’équation d’ionisation de Cl: ..........................................................................

17 +

16 e-

17 +

18 e-

16 +

17 e-

Interpréter des représentations simples d’atomes et d’ions.


APPLICATIONS 1. Complète le tableau suivant pour le brome et l’iode



bilan des charges

atome de Br 35

anion Br-

atome de I 53

anion I-

2. Ecris les équations d’ionisation de Br et de I. • .................................................................................................................................

• .................................................................................................................................

CONCLUSION Les anions (M’ n-) sont des atomes non métalliques (M’ 0) qui ont capturé n électrons (e -).

Equation d’ionisation: M’ 0 + n e-→→→→ M’n-


Approche expérimentale du tableau périodique - Fich e n°9 IDEE Quels critères peut-on adopter pour classer les non -métaux ? ACTION

Capacités exercées O H E R I C On donne des expériences à réaliser entre halogènes et halogénures. On demande 1. de compléter le tableau suivant en y indiquant les observations:

Cl2 (aq) Br 2 (aq) I2 (aq)

KCl (aq) / ............................... ..............................

KBr (aq) ............................... / ..............................

KI (aq) ............................... ............................... /

2. Série les halogènes selon une réactivité croissante.

1)......................... 2).......................... 3)..........................

SYNTHESE DES FICHES 7 et 9 Classe les éléments Na, K, Mg, Ca, Cl, Br et I dans le tableau suivant:

Ebauche de classement des éléments

M donnant un ion + M donnant un ion 2+ M’ donnant un ion -

....................................

....................................

....................................

....................................

....................................

....................................

....................................

....................................

...................................

...................................

...................................

...................................


Observer des réactions, sérier et classer des éléments.


CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 6 à 9) DEUXIEME SEQUENCE : APPROCHE DU TABLEAU PERIODIQUE - IONISATION DES METAUX ET

DES NON-METAUX 6. Les cations (Mn+) sont des atomes métalliques (M0) qui ont perdu n

électrons (e-).

Equation ionisation : M0 →→→→ Mn+ + n e-

Exemples : Na0 →→→→ Na+ + 1 e-

Ca0 →→→→ Ca2+ + 2 e-

7. Les anions (M'n-) sont des atomes non métalliques (M'0) qui ont capturé n

électrons (e-).

Equation ionisation : M'0 + n e- →→→→ M'n-

Exemples : Cl0 + e-→→→→ Cl-

S0 + 2 e-→→→→ S2-

8. Ebauche de classement des éléments rencontrés

M donnant un ion + M donnant un ion 2+ M’ donnant un ion -

Na

K

Mg

Ca

I

Br

Cl



LA CLASSIFICATION PERIODIQUE

3. Le tableau de Mendeleev Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions suivantes : • Fiche n°10 : Classement des principaux éléments à l ’aide du puzzle périodique. • Fiche n°11 : Quelle est la signification physique d u numéro atomique Z ? Démarche et compétences développées. La démarche préconisée est basée sur l'utilisation du puzzle périodique pour redécouvrir le tableau de Mendeleev en classant 42 éléments selon deux critères. Le numéro atomique Z est mis en relation avec le nombre de charges positives du noyau. Bilan notionnel. • Mots clés : numéro (nombre) atomique. • Représentations - Modèles : tableau périodique des éléments.


La classification périodique - Fiche n°10 IDEE Classement des principaux éléments à l’aide du puzz le périodique (*). ACTION

Capacités exercées O H E R I C On donne un jeu de cartes d’éléments chimiques par groupe de 2 à 3 élèves. On demande 1. Extrais toutes les cartes roses du jeu de cartes.

• Quels sont les éléments représentés ?

............................................................................................................................

• Parmi ceux-ci, quels sont les éléments déjà rencontrés au cours de chimie ?

............................................................................................................................

• Ces éléments présentent-ils une analogie de propriétés chimiques ? Justifie ta réponse.

..................................................................................................................................

..............................................................................................................................

..........................................................................................................................

2. Extrais toutes les cartes bleues du jeu de cartes.

• Quels sont les éléments représentés ?

............................................................................................................................ • Parmi ceux-ci, quels sont les éléments déjà rencontrés au cours de chimie ?

............................................................................................................................ • Ces éléments présentent-ils une analogie de propriétés chimiques ? Justifie ta

réponse.

..................................................................................................................................

..............................................................................................................................

.........................................................................................................................

(*) Puzzle périodique - Université de Liège - Laboratoire d’Enseignement Multimédia L.E.M. Bâtiment B7 Sart Tilman B-4000 LIEGE, disponible au CAF de Tihange pour le réseau de la Communauté française.

Construire un tableau à double entrée


3. Avant de classer les cartes, il faut éliminer du jeu les cartes suivantes (voir mode d’emploi 1ère version): • les 6 cartes jaunes qui portent un point noir dans le coin supérieur gauche • les 6 cartes jaunes qui portent un point noir dans le coin inférieur gauche.

4. Chaque groupe d’élèves essaie de classer les cartes. Mentionne ci-après les critères de classement de ton groupe:

..................................................................................................................................

Après classement replace dans ton tableau les cartes des éléments H et He écartées au départ.

5. Compare les différents classements proposés par tous les groupes. Le tableau le plus satisfaisant sera retenu.

6. Quels sont les critères choisis pour le classement retenu ?

..................................................................................................................................

7. En utilisant le nombre de lignes et de colonnes adéquates, reproduis dans la grille suivante le tableau choisi par l’ensemble de ta classe et numérote chaque case occupée par masse atomique croissante.

Ce n° d’ordre sera appelé numéro ou nombre atomique (symbole Z).

Quel est le numéro atomique du carbone ? .............................................................

8. Les éléments de chaque colonne du tableau constituent un groupe ou une famille. Définis cette notion: Une famille (ou un groupe) d’éléments est .............................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

9. Compare ton tableau périodique avec celui de ton professeur.

Rem.: A ce stade, nous nous sommes limités aux éléments figurant dans le puzzle périodique, nous les appellerons éléments des groupes a . La différence entre les n° d'ordre de ton tableau et ceux du tableau de ton professeur à partir du 21e élément est la conséquence de l'absence de Ga, Ge et des éléments des groupes b.


La classification périodique - Fiche n°11 IDEE Quelle est la signification physique du numéro atom ique Z ? ACTION

Capacités exercées O H E R I C On donne une liste d’éléments déjà rencontrés en chimie: Na, K, Mg, Ca, Cl, Br et I. On demande 1. de compléter le tableau suivant en utilisant les fiches n°6 et 8.

Eléments déjà rencontrés en

chimie

nombre de charges + dans le

noyau

nombre d’électrons de

l’atome

numéro (nombre) atomique

Z Na

K

Mg

Ca

Cl

Br

I

2. A partir de ces données, donne une signification physique au numéro (nombre)

atomique Z :

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

Construire et exploiter un tableau de données.


CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 10 et 11) TROISIEME SEQUENCE : CLASSIFICATION PERIODIQUE - LE TABLEAU DE MENDELEEV

9. En classant les éléments du puzzle périodique selon deux critères

� horizontalement : Ar croissant,

� verticalement : stœchiométrie de l'oxyde,

on obtient un tableau périodique des éléments.

1 H

2 He

3 Li

4 Be

5 B

6 C

7 N

8 O

9 F

10 Ne

11 Na

12 Mg

13 Al

14 Si

15 P

16 S

17 Cl

18 Ar

19 K

20 Ca

21 As

22 Se

23 Br

24 Kr

25 Rb

26 Sr

27 In

28 Sn

29 Sb

30 Te

31 I

32 Xe

33 Cs

34 Ba

35 Tl

36 Pb

37 Bi

38 Po

39 At

40 Rn

41 Fr

42 Ra

10. Dans ce tableau, un colonne (verticale) correspond à une famille

d'éléments dont la stœchiométrie de l'oxyde est identique.

11. Le numéro d'ordre est appelé numéro atomique, il correspond au nombre

de charges positives du noyau ou au nombre d'électrons d'un atome de

l'élément considéré.

ATTENTION : Le tableau obtenu grâce au puzzle resse mble au tableau du professeur mais certains éléments manquent et par conséquent à partir de As, le numéro atomique ne correspond plus ( As est le n° 21, alors que dans le tableau du professeur, il possède le n°33 ! ).



4. Les relations propriétés - configuration électro nique Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions suivantes : • Fiche n°12 : Le modèle essaim d’abeilles permet-il d’expliquer l’évolution du rayon

atomique en fonction du nombre d’électrons ? • Fiche n°13 : Pour chacun des 20 éléments les plus l égers, quel est le nombre d’électrons de

la dernière couche ? • Fiche n°14 : Pour chacun des 20 éléments les plus l égers, quelle est la répartition des

électrons sur les différentes couches ? Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur la lecture de graphiques de variation dont la périodicité est interprétée par le modèle atomique "en couches". Bilan notionnel • Mots clés : rayon atomique, couche électronique, électron périphérique, période du T.P. • Représentations - Modèles : l'atome de Bohr


Structure de l’atome - Fiche n° 12 IDEE Le modèle essaim d’abeilles permet-il d’expliquer l ’évolution du rayon atomique en fonction du nombre d’électrons ? ACTION

Capacités exercées O H E R I C On donne

0

50

100

150

200

250

H

He

Li

Be

B

CN

OF

Ne

Na

Mg

Al

SiP S Cl

Ar

K

Ca

Rayon atomique des 20 premiers éléments

nombre atomique (Z)

r / 103 nm

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

On demande A. Lire et traduire le graphique A.1.Quelles sont les grandeurs représentées

• en abscisse ? ......................................................................................................

• en ordonnée ? ......................................................................................................

? ? ?

Interpréter des graphiques, émettre des hypothèses.


A.2. Ce graphique fait apparaître des sous-ensembles de données,

• combien ? ...........................................................................................................

• Délimite-les sur le graphique à l’aide de traits verticaux.

Quels sont les éléments de chaque sous-ensemble ?

..............................................................................................................................

..............................................................................................................................

..............................................................................................................................

A.3. Dans chacun des sous-ensembles, comment le rayon atomique évolue-t-il

quand le nombre atomique augmente ?

................................................................................................................................

................................................................................................................................

A.4. Quels sont les « éléments-pivots » de ces sous-ensembles ?

................................................................................................................................

A.5. Synthétise sous la forme d’un texte court toutes les informations que tu as

notées.

................................................................................................................................

................................................................................................................................

................................................................................................................................

................................................................................................................................

................................................................................................................................

................................................................................................................................

................................................................................................................................

A.6. Pourquoi peut-on qualifier ce graphique de périodique ?

................................................................................................................................

................................................................................................................................

................................................................................................................................

................................................................................................................................


B. Interpréter le graphique

Pour chaque élément, représente l’atome en dessinant un cercle dont le rayon est

égal à la hauteur (en cm) de la bandelette correspondante. Tu auras ainsi une

représentation de la taille relative des atomes. Fais tes dessins à l’échelle 1/4.

B.1. Pour chaque atome représenté, indique:

• au centre du cercle, le symbole et le nombre de charges positives (p+),

• à la périphérie du cercle, le nombre d’électrons (e-).

exemple:

H 1 p+

1 e-

N.B.: l’echelle ¼ n’est pas respectée


B.2. Considère la deuxième période.

Suggère une hypothèse susceptible d’expliquer le fait que le rayon atomique

diminue globalement lorsque le nombre d’électrons augmente.

....................................................................................................................................

................................................................................................................................

................................................................................................................................

........................................................... ................................................................

CONCLUSION

A. Dans le cadre de l’hypothèse formulée, le modèle « essaim d’abeilles » est-il

toujours acceptable ?

B. Ce modèle permet-il d’expliquer la brusque transition d’un sous-ensemble à

l’autre, c’est à dire d’une période à la suivante [par exemple du fluor (F) au

sodium (Na)]?

C. Suggère une hypothèse qui pourrait expliquer la discontinuité observée entre

chaque période.

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

OUI / NON

OUI / NON


Structure de l’atome - Fiche n° 13 (Cette fiche est nécessairement consécutive à la fiche n°12)

IDEE Pour chacun des 20 éléments les plus légers, quel e st le nombre d’électrons de la dernière couche ?

ACTION


On donne

0

5 0

1 0 0

1 5 0

2 0 0

2 5 0

H

H e

L i

B e

B

CN

OF

N e

N a

M g

A l

S iP S C l

A r

K

C a

R a y o n a t o m iq u e d e s 2 0 p r e m ie r s é lé m e n t s

n o m b r e a t o m iq u e ( Z )

r / 1 0 3 n m

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0

On demande Interpréter le graphique en construisant un tableau Légende (a) : symbole (b) : cation existant (c) : nombre total d’électrons (d) : nombre de couches électroniques (e) : nombre d’électrons sur la dernière couche (couche périphérique)

(a) H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca

(b) H+ - Li+ Be2+ - - - - - - Na+ Mg2+ Al 3+ - - - - - K+ Ca2+

(c)

(d)

(e)

? ? ?

Interpréter des graphiques, émettre des hypothèses.


CONCLUSION

Comment varie le nombre d’électrons périphériques ?

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.....................................................................................................................................


Structure de l’atome - Fiche n° 14 (Cette fiche est nécessairement consécutive aux fiches n°12 et 13)

IDEE Pour chacun des 20 éléments les plus légers, quelle est la répartition des électrons sur les différentes couches ?

ACTION

Capacités exercées O H E R I C On donne H 1e-

He 2e-

Li 3e-

Be 4e-

B 5e-

C 6e-

N 7e-

O 8e-

F 9e-

Ne 10e-

Na 11e-

Mg 12e-

Al 13e-

Si 14e-

P 15e-

S 16e-

Cl 17e-

Ar 18e-

K 19e-

Ca 20e-

On demande A. Représente la répartition des électrons sur chacune des couches des atomes des

20 premiers éléments.

Tirer une conclusion; proposer une nouvelle règle, un

nouveau modèle.


B. Complète le tableau suivant en indiquant le nombre d’électrons par couche.

1e couche

K

2e couche

L

3e couche

M

4e couche

N

5e couche

O

6e couche

P

7e couche

Q

H

He

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

CONCLUSION

A. Comment as-tu procédé pour répartir les électrons entre les différentes couches des atomes des 20 premiers éléments ?

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................


CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 12 à 14) QUATRIEME SEQUENCE : LA STRUCTURE DE L 'ATOME - LES RELATIONS PROPRIETES - CONFIGURATION ELECTRONIQUE

12. Le graphique du rayon atomique en fonction du nombre atomique pour les

vingt premiers éléments montre quatre sous-ensembles.

0

5 0

1 0 0

1 5 0

2 0 0

2 5 0

H

H e

L i

B e

B

CN

OF

N e

N a

M g

A l

S iP S C l

A r

K

C a

R a y o n a t o m iq u e d e s 2 0 p r e m ie r s é lé m e n t s

n o m b r e a t o m iq u e ( Z )

r / 1 0 3 n m

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0

13. Ce graphique est qualifié de périodique car le rayon atomique augmente

puis diminue assez régulièrement.

14. Les électrons d'un atome ne sont pas répartis au hasard autour du noyau

mais bien dans des zones successives acceptant un nombre limité

d'électrons. Ces zones seront appelées COUCHES ELECTRONIQUES.

15. Nombre maximal d'électrons par couche :

� 1ère couche (K) : 2 e-

� 2ème couche (L) : 8 e-

� 3ème couche (M) : 18 e-

� 4ème couche (N) : 32 e-

� 5ème couche (O) : 32 e-

� 6ème couche (P) : 18 e-

� 7ème couche (Q) : 8 e-

16. Le nombre maximal d'électrons de la dernière couche occupée n'excède

jamais 8.

Cette dernière couche électronique occupée peut être désignée par

plusieurs noms :

� couche périphérique;

� couche de valence;

� couche externe.

Astuce pour la mémorisation

Nombre max. d'e- / couche = 2.n2

Numéro de la couche Rem. : pour des raisons qui dépassent le cadre de ce cours, on ne dépasse jamais le nombre 32.

1

2

3

4



5. La configuration électronique des éléments des g roupes a Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions suivantes : • Fiche n°15 : Quelle(s) significations physiques peu t-on attribuer au n° du groupes a et au n°

de période auxquels appartient un élément chimique ? • Fiche n°16 : Pourquoi les éléments d’une famille on t-ils des propriétés analogues ? • Fiche n°17 : Comment peut-on représenter les élémen ts des groupes a, de manière à faire

apparaître la configuration de la couche électroniq ue périphérique responsable de la réactivité des éléments d’une famille ?

Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur la mise en relation entre les données d'un tableau périodique simplifié et les n° de groupe (a) et de période des éléments. Comme les propriétés des éléments des familles (a) résultent du nombre d'électrons de la couche de valence, l'atome sera représenté par le modèle simplifié de Lewis. Bilan notionnel • Mots clés : n° de groupe , n° de période du T.P., orbitale, électron célibataire, paire, doublet

électronique, famille d'éléments. • Représentations - Modèles : schéma de Lewis.


Structure de l’atome - Fiche n° 15 IDEE Quelles les significations physiques peut-on attrib uer au n° du groupes a et au n° de période auxquels appartient un élément chimiq ue ? ACTION

Capacité exercée O H E R I C On donne Un tableau périodique des éléments des groupes a avec la répartition des électrons entre les différentes couches.

Alcalins Alcalino-terreux

Terreux Carbonides Azotides Sulfurides Halogènes Gaz nobles

Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa VIIIa 1e

période 1 H

2 He

2e période

2 1 Li

2 2 Be

2 3 B

2 4 C

2 5 N

2 6 O

2 7 F

2 8 Ne

3e période

2 8 Na 1

2 8 Mg 2

2 8 Al 3

2 8 Si 4

2 8 P 5

2 8 S 6

2 8 Cl 7

2 8 Ar 8

4e période

2 8 K 8 1

2 8 Ca 8 2

2 8 Ga 18 3

2 8 Ge 18 4

2 8 As 18 5

2 8 Se 18 6

2 8 Br 18 7

2 8 Kr 18 8

5e période

2 8 18 Rb 8 1

2 8 18 Sr 8 2

2 8 18 In 18 3

2 8 18 Sn 18 4

2 8 18 Sb 18 5

2 8 18 Te 18 6

2 8 18 I 18 7

2 8 18 Xe 18 8

6e période

2 8 18 Cs 18 8 1

2 8 18 Ba 18 8 2

2 8 18 Tl 32 18 3

2 8 18 Pb 32 18 4

2 8 18 Bi 32 18 5

2 8 18 Po 32 18 6

2 8 18 At 32 18 7

2 8 18 Rn 32 18 8

On demande 1. Quelle signification physique peux-tu attribuer au n° de groupe a ?

(Compare les répartitions électroniques des éléments du groupe Va, par exemple.)

Le numéro du groupe a correspond ........................................................................

2. Quelle signification physique peux-tu attribuer au n° d’une période ?

(Compare les répartitions électroniques des éléments de la deuxième période, par exemple.)

Le numéro de la période correspond ...........................................................................

Interpréter un tableau de données à double entrée.


Structure de l’atome - Fiche n° 16 IDEE Pourquoi les éléments d’une famille ont-ils des pro priétés analogues ? ACTION

Capacité exercée O H E R I C On donne

I a II a VII a VIII a atome ion atome ion atome ion atome ion

K 1 H

0 H+

2 He

aucun

K L

2 1 Li

2 0 Li+

2 2 Be

2

0 Be2+ 2

7 F 2 8 F-

2 8 Ne

aucun

K L M

2 8 Na 1

2 8 Na+ 0

2 8 Mg 2

2 8 Mg2+

0

2 8 Cl 7

2 8 Cl- 8

2 8 Ar 8

aucun

K L M N

2 8 K 8 1

2 8 K+ 8 0

2 8 Ca 8 2

2 8 Ca2+ 8 0

2 8 Br 18 7

2 8 Br - 18 8

2 8 Kr 18 8

aucun

K L M N O

2 8 18 Rb 8 1

2 8 18 Rb+ 8 0

2 8 18 Sr 8 2

2 8 18 Sr2+ 8 0

2 8 18 I 18 7

2 8 18 I- 18 8

2 8 18 Xe 18 8

aucun

K L M N O P

2 8 18 Cs 18 8 1

2 8 18 Cs+ 18 8 0

2 8 18 Ba 18 8 2

2 8 18 Ba2+ 18 8 0

On demande 1) Quelle est la similitude de configuration électronique des éléments d’une même

famille ? .......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

2) Quelle est la couche électronique concernée par les mouvements d’électrons lors de l’ionisation des atomes ?

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

Interpréter un tableau de données.


3) Complète le tableau suivant

Ia IIa VIIa VIIIa nombre d’e- de

la dernière couche

électronique

CONCLUSION La réactivité des éléments chimiques est déterminée par le nombre

d'électrons présents sur la dernière couche.

APPLICATION

Complète le tableau suivant

Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa VIIIa nombre d’e- de la

dernière couche

électronique


Structure de l’atome - Fiche n° 17 IDEE Comment peut-on représenter les éléments des groupe s a, de manière à faire apparaître la configuration de la couche électroniq ue périphérique responsable de la réactivité des éléments d’une famille ? ACTION


Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa VIIIa nombre d’e- de la dernière couche

électronique 1 2 3 4 5 6 7 8

Définition et Informations: • On appellera orbitale , une région de l’espace (appartenant à une couche

électronique) qui peut accueillir au maximum deux électrons. • H et He n’ont qu’une seule couche électronique, ce sont de petits atomes qui ne

possèdent qu’une orbitale. • Pour tous les autres éléments, la couche périphérique peut comporter 4 orbitales

dans lesquelles se répartissent les électrons de cette couche (8 max). • Les électrons, tous chargés négativement, se repoussent. Ils s’éloignent autant

que possible les uns des autres en occupant des régions de l’espace (orbitales) différentes.

On demande de représenter la couche périphérique des éléments des groupes a (sauf H et He) en répartissant les électrons entre les orbitales. On obtient ainsi la représentation de Lewis ou schéma de Lewis.

Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa VIIIa Schéma

de LEWIS

Remarques: • Lorsqu’un électron unique occupe une orbitale, on dit qu’il est célibataire , • Lorsque deux électrons occupent la même orbitale, on parle d'une paire (d'un

doublet) d’électrons .

APPLICATIONS

1. Combien d’électrons célibataires et de paires d’électrons y a-t-il sur la couche

périphérique de l’atome d’oxygène (O) ?............................................................

Représente le schéma de Lewis de l’oxygène:

Modéliser.


CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 15 à 17) CINQUIEME SEQUENCE : LA STRUCTURE DE L 'ATOME - LA CONFIGURATION ELECTRONIQUE

DES ELEMENTS DES GROUPES a

17. Dans le tableau périodique, le n° du groupe (a) auquel appartient un

élément chimique correspond au nombre d'électrons périphériques.

Dans le tableau périodique, le n° de la période auquel appartient un

élément chimique correspond au nombre de couches électroniques.

18. Au sein d'une famille (groupes) d'éléments, le nombre d'électrons

périphériques est constant. Ce sont ces électrons qui sont impliqués dans

l'ionisation des atomes. Leur nombre détermine les propriétés des

éléments.

Ex: famille (groupe) des alcalins : Na →→→→ Na+ + 1 e-

K →→→→ K+ + 1 e-

19. Définition d'une orbitale : région de l'espace (appartenant à une couche

électronique) qui peut accueillir deux électrons maximum.

• H et He n’ont qu’une seule couche électronique, ce sont de petits

atomes qui ne possèdent qu’une orbitale.

• Pour tous les autres éléments des groupes a, la couche périphérique

peut comporter 4 orbitales dans lesquelles se répartissent les électrons

de cette couche (8 max).

• Les électrons, tous chargés négativement, se repoussent. Ils s’éloignent

autant que possible les uns des autres en occupant des régions de

l’espace (orbitales) différentes.

20. On représente les éléments par le schéma de Lewis :

Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa VIIIa Schéma

de LEWIS

• Lorsqu'un électron unique occupe une orbitale, il est qualifié d'électron

"célibataire".

• Lorsque deux électrons occupent la même orbitale, on parle de paire

(doublet) d'électrons.



6. Le noyau atomique et la carte d'identité d'un él ément Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions suivantes : • Fiche n°18 : Quelle est la structure du noyau de l ’atome ? • Fiche n°19 : Peux-tu proposer une définition de la notion d’élément chimique sur base de

la structure du noyau ? • Fiche n°20 : Quelle relation y a-t-il entre le nom bre de masse A et la masse atomique

relative Ar d’un élément chimique ? Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur la mise en évidence de l'existence du neutron par la différence entre la somme des masses des protons d'un atome et la masse de l'atome → isotopes d'un élément → définition de l'élément chimique. Bilan notionnel • Mots clés : neutron, nucléon, isotope, élément, nombre de masse, masse atomique relative

moyenne. • Représentations - Modèles : représentation du noyau, représentation des isotopes.


Structure de l’atome - Fiche n° 18 IDEE Quelle est la structure du noyau de l’atome ? ACTION


On donne

1. les informations suivantes: • Un proton est une particule du noyau. Le proton porte une charge électrique

élémentaire (+e). • Un électron est une particule du nuage électronique. L'électron porte une

charge électrique élémentaire (-e) et, par rapport au proton, sa masse est négligeable.

masse relative (*) charge électrique

proton (p +) 1 +e électron (e -) 1/1836 -e

2. On a pu déterminer expérimentalement que tous les atomes d’hydrogène (entre

autres) n’avaient pas la même masse.

masse rel. mesurée (*) 1 2 3 nombre d’e - 1 1 1

nombre de p + 1 1 1 On demande

1. de compléter le tableau suivant:

masse rel. attendue (*) ... ... ... déficit de masse ... ... ...

2. Propose une hypothèse susceptible d’expliquer le déficit de masse.

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

3. Représente le noyau des 3 variétés d’hydrogène. (*) Provisoirement, on choisit la masse du proton (p+) comme masse de référence.

Emettre une hypothèse, perfectionner le modèle de l’atome.


CONCLUSION 1. En 1935, le physicien anglais Chadwick a montré l’existence d’un autre type de

particule dans le noyau de l’atome. Il s’agit du neutron dont voici les caractéristiques:

masse relative (*) charge électrique

neutron (n 0) 1 0 2. En fonction de cette information, réexamine tes hypothèses et ta représentation

de la page précédente. hypothèse: ...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... Représentation des noyaux des 3 variétés d’hydrogèn e:

3. Les 3 variétés d’hydrogène évoquées ci-dessus sont des isotopes de l’élément

hydrogène .

Propose une définition de la notion d’isotopes d’un élément: Définition d’isotopes d’un élément : ..........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

(*)provisoirement, on choisit la masse du proton (p+) comme masse de référence.


Structure de l’atome - Fiche n°19 IDEE Peux-tu proposer une définition de la notion d’élém ent chimique sur base de la structure du noyau ? ACTION


un graphique du nombre de protons (p+) en fonction du nombre de neutrons (n0) pour quelques éléments légers.

7

6

5

4

3

2

1

0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

On demande

1. de compléter le tableau suivant:

Elément Symbole de l’isotope

Z nbre p + nbre n 0 masse rel.

(par rapport au p+)

H

He

Li

Be

B

C

N

Nombre de p+

Nombre de n0

14N

14C 13C 12C

11B 10B

9Be

7Li 6Li

4He 3He

3H 2H 1H

Interpréter un graphique


2. Que signifie le nombre « 14 » dans la représentation 14C ?

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

Ce nombre est appelé nombre de masse, son symbole e st A. 3. Propose une définition de la notion d’élément chimique. Définition:

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................


Structure de l’atome - Fiche n°20 IDEE Quelle relation y a-t-il entre le nombre de masse A et la masse atomique relative A r d’un élément chimique? ACTION


• la définition de la masse atomique relative (Ar) d’un atome X:

masse d’un atome de X Ar (X) = 1/12 masse d’un atome de 12C

• les caractéristiques des deux principaux isotopes de l’élément chlore:

Ar Abondance naturelle (%) 35Cl 34,97 75,77 37Cl 36,97 24,23

On demande

1. Pourquoi le nombre de masse A est-il différent de la masse atomique Ar pour

chacun des isotopes?

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

2. Le chlore naturel étant composé de 75,77% de 35Cl et de 24,23% de 37Cl, calcule

la masse atomique relative moyenne du chlore naturel.

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

Etablir des relations entre des faits.


Compare cette valeur calculée à la valeur figurant dans le tableau périodique.

3. Procède de même pour calculer la masse atomique relative moyenne de

l’antimoine naturel (Sb).

Ar Abondance naturelle (%) 121Sb 120,9 57,25 123Sb 122,9 42,75

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

CONCLUSION

La masse atomique relative moyenne d’un élement chi mique, telle qu’elle est

donnée dans le tableau périodique, correspond à la moyenne des masses

atomiques relatives A r des isotopes de l’élément compte tenu de leur

abondance relative.


CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 18 à 20) SIXIEME SEQUENCE : LA STRUCTURE DE L 'ATOME - LA CARTE D 'IDENTITE D'UN ELEMENT

21. Sauf l'hydrogène "léger", le noyau d'un atome contient non seulement

des particules chargées positivement appelées PROTONS mais encore des

particules neutres de masse sensiblement égale à la masse du proton. Ces

particules sont des NEUTRONS.

Electron Proton Neutron

Masse

relative(*)

1/1836 1 ≈≈≈≈1

Charge -e(**) +e 0

22. Définition des isotopes : Les isotopes d'un élément sont des variétés de

ce même élément (même nombre atomique) qui se différencient par le

nombre de neutrons du noyau.

La représentation d'un isotope est la suivante AX

Exemple : 14C : le noyau de l'isotope 14 du carbone contient 6 protons +

8 neutrons (14 nucléons).

23. Définition de l'élément chimique : Un élément chimique est un ensemble

d'atomes possédant le même nombre atomique (nombre de protons)

24. Définition de la masse atomique relative d'un atome :

masse d’un atome de X

Ar (X) =

1/12 masse d’un atome de 12C

25. Définition de la masse atomique relative moyenne d'un élément :

La masse atomique relative moyenne d’un élement chimique, telle qu’elle est

donnée dans le tableau périodique, correspond à la moyenne des masses

atomiques relatives Ar des isotopes de l’élément compte tenu de leur

abondance relative.

masse moyenne d’un atome de l'élément X

Ar (X) =

1/12 masse d’un atome de 12C

(*) Provisoirement, on choisit la masse du proton comme masse de référence : mp = 1,67. 10-27 kg (**) La charge de l'électron : |e| = 1,6 . 10-19 C (coulomb)

Nombre de masse

Symbole de l'élément


L'ELECTRONEGATIVITE

7. L'échelle d'électronégativité des éléments Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions suivantes : • Fiche n°21 : Caractérisons la tendance à l'ionisat ion POSITIVE ou NEGATIVE d'un atome. • Fiche n°22 : Comment varie l'électronégativité (χ) (χ) (χ) (χ) dans le tableau périodique ? • Fiche n°23 : Comment localiser, à l'aide de l'élect ronégativité, un élément métallique ou

non métallique dans le T.P. ? Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur la sériation de la tendance à l'ionisation positive des métaux et négative des non-métaux. En considérant que ces deux tendances sont opposées, on peut caractériser numériquement la tendance à l'ionisation négative en une échelle d'électronégativité. Bilan notionnel • Mots clés : ionisation positive, ionisation négative, électronégativité, échelle d'électronégativité,

caractère métallique dominant, caractère non métallique dominant. • Représentation et symbole : électronégativité = χ


L'électronégativité - Fiche n°21 IDEE Caractérisons la tendance à l'ionisation POSITIVE o u NEGATIVE d'un atome. ACTION

Capacités exercées O H E R I C On donne un tableau périodique simplifié



Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa VIIIa

Na Mg Cl

K Ca Br

I

On demande 1. Lors de la réaction des corps simple des familles Ia et de IIa avec l'eau, ils se

transforment en ions positifs. Ecris les formules des cations alcalins et alcalino-terreux des éléments repris dans le tableau.

...............................................................................................................................

2. Série les éléments alcalins et les éléments alcalino-terreux selon la tendance croissante à l'ionisation positive.

...............................................................................................................................

3. Ecris les formules des anions halogénures des éléments repris dans le tableau.

...............................................................................................................................

4. Série les éléments halogènes selon la tendance croissante à l'ionisation négative.

...............................................................................................................................

5. On peut considérer que les tendances à l'ionisation positive et l'ionisation négative sont opposées. Rassemble tes conclusions des points 2 et 4 sur l'axe suivant en sériant les éléments selon une tendance croissante à l'ionisation négative.

tendance croissante à l'ionisation négative

Interpréter un tableau

Sérier des éléments


CONCLUSIONS

• Les éléments étudiés ont été sériés selon leur tend ance croissante à l'ionisation négative.

• Cette tendance peut être traduite numériquement par une grandeur appelée ELECTRONEGATIVITE.

• L'échelle conventionnelle d'électronégativité adopt ée comporte des valeurs dans le domaine ]0;4].

ELECTRONEGATIVITE D'UN ELEMENT :

grandeur qui caractérise sa tendance à capter un él ectron.

REPRESENTATION :

χ χ χ χ (∗)(∗)(∗)(∗)

ECHELLE CONVENTIONNELLE D'ELECTRONEGATIVITE:

domaine ]0;4]

_____________________________

(*) Les autres symboles E, ε , etc. ne sont plus admis (cf. Grandeurs, unités et symboles en chimie physique, plaquette éditée par ABPPC - auteur: Jacques Furnémont - août 1995)

Na:0,9

K:0,8 Ca:1,0

Mg:1,2 H:2,1 Cl:3,0

Br:2,8 I:2,5

F:4,0

O:3,5

0


L'électronégativité - Fiche n°22 IDEE Comment varie l'électronégativité ( χ) χ) χ) χ) dans le tableau périodique ? ACTION


Alcalins

Alcalino-terreux

Terreux

Carbonides

Azotides

SulfuridesHalogènes

0

1

2

3

4

χχχχ

Electronégativité des éléments des groupes a

On demande

1. Indique dans chaque colonne (famille) les sens croissant de χ. Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa VIIIa (*)

2. Indique dans chaque ligne (période) le sens croissant de χ.

Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa VIIIa

1

2

3

4

5

(*) Les gaz nobles, n'ayant pas de tendance à l'ionisation, ils n'ont pas de valeur d'électronégativité.


Construire un tableau


CONCLUSION




période H

He

2e période

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

3e période

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

4e période

K

Ca

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

5e période

Rb

Sr

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

6e période

Cs

Ba

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

• Au sein d'une famille, l'électronégativité croît de bas en haut.

• Au sein d'une période, l'électronégativité croît de gauche à droite.

• L'élément le plus électronégatif est le fluor (F).

• L'élément le moins électronégatif est le césium (Cs ).

χχχχ croissant


L'électronégativité - Fiche n°23 IDEE Comment localiser, à l'aide de l'électronégativité, un élément métallique ou non métallique dans le T.P. ? ACTION

Capacités exercées O H E R I C On donne un tableau périodique mentionnant l'électronégativité χ des éléments




période 2,1

H

- He

2e période

1,0 Li

1,5 Be

2,0 B

2,5 C

3,0 N

3,5 O

4,0 F

- Ne

3e période

0,9 Na

1,2 Mg

1,5 Al

1,8 Si

2,1 P

2,5 S

3,0 Cl

- Ar

4e période

0,8 K

1,0 Ca

1,6 Ga

1,8 Ge

2,0 As

2,4 Se

2,8 Br

- Kr

5e période

0,8 Rb

1,0 Sr

1,7 In

1,8 Sn

1,8 Sb

2,1 Te

2,5 I

- Xe

6e période

0,7 Cs

0,9 Ba

1,8 Tl

1,8 Pb

1,9 Bi

2,0 Po

2,2 At

- Rn

On demande

1. Situe les éléments imprimés en gras italique sur un axe orienté .

2. Dans la classification restreinte des éléments (M; H; M'; O), H était situé entre les métaux et les non-métaux. Trace un grand trait représentant la frontière entre métaux et non-métaux.

3. Où sont situés, par rapport à l'hydrogène, les éléments à caractère métallique ?

.................................................................................................................................

4. Où sont situés, par rapport à H, les éléments à caractère non métallique ? .................................................................................................................................

0 1 2 3 4


Classer des éléments

χχχχ


CONCLUSIONS

• Chaque élément est caractérisé par une valeur de l'électronégativité ( χ)χ)χ)χ).

• L'élément dont l'électronégativité est la plus faib le (Cs) présente le caractère métallique le plus affirmé. L'élément dont l'électronégativité est la plus élevée (F) présente le caractère non métallique le plus affirmé. Entre ces deux extrêmes, un des caractères est DOMI NANT par rapport à l'autre.

Ex: Le magnésium ( χχχχ = 1,2) possède un caractère métallique dominant.

Le soufre ( χχχχ = 2,5) possède un caractère non métallique dominant.

• Considérons que l'hydrogène est la frontière entre les éléments à caractère métallique dominant et les éléments à car actère non métallique dominant. Ainsi:

M M'

χχχχ< 2< 2< 2< 2 χχχχ ≥≥≥≥ 2 Cs Na Mg I Br Cl O F

K Ca

CARACTERE METALLIQUE DOMINANT

CARACTERE NON METALLIQUE

DOMINANT

χχχχ

H


CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 21 à 23) SEPTIEME SEQUENCE : L'ECHELLE D 'ELECTRONEGATIVITE DES ELEMENTS

26. La tendance des éléments à l'ionisation négative peut être traduite

numériquement par une grandeur appelée ELECTRONEGATIVITE.

• L'électronégativité d'un élément est représentée par χ χ χ χ

• Domaine de l'électronégativité : ]0;4]

27. Variation de χχχχ dans le T.P.




période H

He

2e période

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

3e période

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar 4e

période K

Ca

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr 5e

période Rb

Sr

In

Sn

Sb

Te

I

Xe 6e

période Cs

Ba

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

• Au sein d'une famille l'électronégativité croît de bas en haut.

• Au sein d'une période l'électronégativité croît de gauche à droite.

• L'élément dont l'électronégativité est la plus faible (Cs) présente le

caractère métallique le plus affirmé. L'élément dont

l'électronégativité est la plus élevée (F) présente le caractère non

métallique le plus affirmé.

Entre ces deux extrêmes, un des caractères est DOMINANT par

rapport à l'autre.

Na:0,9

K:0,8 Ca:1,0

Mg:1,2 H:2,1 Cl:3,0

Br:2,8 I:2,5

F:4,0

O:3,5

0

χχχχ croissant


• Considérons que l'hydrogène représente la frontière entre les éléments à

caractère métallique dominant et les éléments à caractère non métallique

dominant. Ainsi:

M M'

χχχχ< 2< 2< 2< 2 χχχχ ≥≥≥≥ 2 Cs Na Mg I Br Cl O F

K Ca

CARACTERE METALLIQUE DOMINANT

CARACTERE NON METALLIQUE

DOMINANT

χχχχ

H


LA LIAISON CHIMIQUE

8. La structure des solides Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions suivantes : • Fiche n°24 : Peut-on classer les solides en substa nces à structure ordonnée ou

désordonnée? • Fiche n°25 : Quelle est la structure microscopique des solides cristallins? Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur l'observation et le classement d'échantillons solides en substances à structure ordonnée ou désordonnée. Ce classement est ensuite confronté à des modèles cristallins ou moléculaires pour confirmation. Bilan notionnel • Mots clés : solide cristallin, solide amorphe, structure ionique, structure moléculaire, structure

atomique. • Représentation : modèles cristallins et moléculaires.


La liaison chimique - structure des solides - Fiche n°24 IDEE Peut-on classer les solides en substances à structu re ordonnée ou désordonnée? ACTION

Capacités exercées O H E R I C A) On donne une série d'échantillons solides à examiner:

cyclooctasoufre, polycaténasoufre, neige (photo d'un cristal), chlorure de sodium, calcite, polyéthylène, graphite, diamant (photo !), fer, cuivre ... On demande de classer ces substances en structure ordonnée ou en structure désordonnée. Coche les cases qui conviennent.

Substance Structure ordonnée

Structure désordonnée

cyclooctasoufre polycaténasoufre

neige chlorure de sodium

calcite polyéthylène

graphite diamant

fer cuivre ......... ......... .........

Observer des échantillons

Proposer un classement sur base d'un critère

Valider l'hypothèse à l'aide de modèles


B) On donne les modèles de ces substances

Substance Formule Modèle cyclooctasoufre S8

polycaténasoufre Sx

neige H2O

chlorure de sodium NaCl

calcite CaCO3

polyéthylène CH3-(CH2)n-CH=CH2

S8

Na+

Cl-

-CH2-

S

Ca2+

CO32-

H2O


graphite C

diamant C

fer Fe

cuivre Cu

On demande Le classement obtenu en A) est-il compatible avec les modèles de structure correspondants ? Si certaines exceptions apparaissent, mentionne-les.

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

CONCLUSION

Les solides peuvent êtres classés en: • solides cristallins: structure ordonnée; • solides amorphes: structure désordonnée.

C

Fe

Cu

C


La liaison chimique - structure des solides - Fiche n°25 IDEE Quelle est la structure microscopique des solides c ristallins? ACTION

Capacités exercées O H E R I C On donne un tableau de propriétés des solides cristallins

Substance Formule Conductibilité à l'état

standard (*)

Conductibilité à l'état fondu

cyclooctasoufre S8 - - neige H2O - -

chlorure de sodium NaCl - + calcite CaCO3 - +

graphite C + ? diamant C - ?

fer Fe + + cuivre Cu + + .........

On demande de classer les substances en cochant les cases adéquates (**) .

Substance Formule Structure atomique

Structure moléculaire

Structure ionique

cyclooctasoufre S8 neige H2O

chlorure de sodium NaCl calcite CaCO3

graphite C diamant C

fer Fe cuivre Cu .........

CONCLUSION La structure microscopique des solides cristallins peut être de nature:

• atomique; • moléculaire; • ionique.

(*) Etat standard: état le plus stable à la température indiquée (généralement de 298 K) et sous une pression de 101325 Pa. (**) Les modèles de structure figurent sur la fiche n°24.


Classer des solides


CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 24 et 25) HUITIEME SEQUENCE : LA STRUCTURE DES SOLIDES 28. Les solides peuvent êtres classés en :

• solides cristallins : structure ordonnée

exemples :

chlorure de sodium

cyclooctasoufre

• solides amorphes : structure désordonnée

exemple : polycaténasoufre

29. La structure microscopique des solides cristallins peut être de nature :

• atomique exemples : Cu, Fe, C diamant.

• moléculaire exemples : S8, H2O (s).

• ionique. exemples : NaCl, CaCO3.

Na+ Cl-

S

S8


LA LIAISON CHIMIQUE

9. La cohésion Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre à la question suivante : • Fiche n°26 : Quelles sont les forces qui assurent la cohésion dans les substances à

structure moléculaire ou ionique? Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur l'interprétation d'un graphique de comparaison des températures de fusion puis sur sa confrontation avec les modèles moléculaires et ioniques correspondants. Bilan notionnel • Mots clés : force de cohésion, force intermoléculaire, force coulombienne interionique. • Représentation : -


La liaison chimique - cohésion - Fiche n°26 IDEE Quelles sont les forces qui assurent la cohésion da ns les substances à structures moléculaires et ioniques? ACTION

Capacités exercées O H E R I C On donne 1. un graphique de comparaison des températures de fusion de substances

moléculaires (Cl2, Br2, I2) et de substances ioniques (NaCl, NaBr et NaI).

2.

801755

113,5

650

-101 -7,2

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900température de

fusion (°C)

Cl2 Br 2 I2

NaCl NaBr NaI


Confronter l'interprétation aux modèles


3. Les modèles moléculaires de NaCl et de Cl2

Modèle de NaCl solide

Modèle de NaCl fondu

Modèle de Cl 2 solide

Modèle de Cl 2 liquide (ou gazeux)

On demande 1. Compare Cl2 avec NaCl et propose une interprétation susceptible de justifier la

différence des températures de fusion. ................................................................................................................................

................................................................................................................................

2. Ton interprétation se vérifie-t-elle dans les autres cas ? 3. Est-elle en accord avec les modèles proposés ? Justifie ta réponse.

................................................................................................................................

................................................................................................................................

N.B.: Plus tard, on pourra s'interroger sur l'origine de la croissance de la température de fusion dans la série des halogènes.

OUI / NON

Na+ Cl-

Na+ Cl-


CONCLUSION La cohésion dans la matière est assurée par deux ty pes de forces:

1. forces interioniques (interactions fortes) : ce sont des forces de

Coulomb.

2. forces intermoléculaires (interactions faibles) : ce sont des

forces de Van der Waals.

Ces forces sont toutes deux de NATURE ELECTROSTATI QUE mais

d'intensités différentes.

Modèle de NaCl solide

Modèle de NaCl fondu

Modèle de Cl 2 solide

Modèle de Cl 2 liquide (ou gazeux)

CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiche 26)

Na+ Cl-

Na+ Cl-


NEUVIEME SEQUENCE : LA LIAISON CHIMIQUE - LA COHESION 30. La cohésion dans la matière est assurée par deux types de forces selon

la structure des substances :

• forces interioniques (interactions fortes) dans les substances à

structure ionique ; ce sont des forces de Coulomb ;

• forces intermoléculaires (interactions faibles) dans les substances à

structure moléculaire ; ce sont des forces de Van der Waals.

Ces forces sont toutes deux de NATURE ELECTROSTATIQUE mais

d'intensités différentes.


LA LIAISON CHIMIQUE

10. Les forces de nature électrostatique Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions suivantes : • Fiche n°27 : Quelle est la nature des forces entre atomes dans la molécule de dihydrogène

(H2) ? • Fiche n°28 : Quelle est la nature des forces entre ions dans le composé ionique NaCl ? Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur la réalisation d'expériences d'électrostatique simulant la liaison de la molécule H2 pour représenter puis modéliser la liaison covalente. Quant à la liaison ionique, on observe un modèle de cristal ionique pour justifier sa pertinence. Bilan notionnel • Mots clés : interaction électrostatique, électrons liants, électrons non liants, liaison covalente,

liaison ionique. • Représentations : la liaison covalente et la liaison ionique.


La liaison chimique - forces de nature électrostati que - Fiche n°27

IDEE Quelle est la nature des forces entre atomes dans l a molécule de dihydrogène (H 2) ? ACTION

Capacités exercées O H E R I C On donne une expérience à réaliser en classe(*) .

Mode d'utilisation : • On charge d'abord faiblement les 2 morceaux de tube en PVC par frottement avec de la soie pour

leur faire acquérir une charge négative. • On approche ensuite les deux billes en polystyrène des tubes en PVC. Elles se chargent

positivement par influence et s'écartent. • On place ensuite entre les 2 billes un bâton d'ébonite chargé négativement par frottement.

(*) Expérience proposée lors de la journée "Foire aux idées" (ULG 1995) par Roger FRANCOIS, Professeur de chimie à l'Athénée Royal de Pepinster.

Matériel

• un statif; • des pinces et des noix; • deux tubes en PVC; • deux petites billes de

polystyrène; • bâton d'ébonite ou de PVC.

Simuler

Modéliser

Légende

• les billes représentent deux noyaux d'hydrogène.

• le bâton d'ébonite (ou de PVC) chargé négativement par frottement représente des électrons.

Représenter

+ +


On demande 1. de compléter le tableau d'observations

Expériences Observations

(1) les billes sont chargées positivement.

................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

(2) on introduit un bâton chargé négativement entre les deux billes.

................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

(3) on dispose le bâton chargé négativement à l'extérieur des billes.

................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

...............................................................

2. Représente, par des flèches, les forces agissant sur les noyaux dans chaque cas. 3. Dans quelle situation l'attraction est-elle la plus forte entre les billes de frigolite ?

Précise la position des électrons (bâton chargé négativement) par rapport aux deux noyaux (billes). ..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

+ +

+ +

+ +


4. On donne la structure de l'atome d'hydrogène,

Compte tenu des conclusions précédentes, construis une représentation de la molécule de H2 de manière à assurer à l'édifice un maximum de stabilité (localise les électrons par rapport aux noyaux).

CONCLUSIONS • Dans la molécule H 2, l'attraction entre les deux noyaux est

assurée par une paire d'électrons situés entre eux. Cette paire d'électrons est responsable de la liaison entre les deux noyaux.

• Représentation conventionnelle de la liaison dans H 2:

H H

Le trait représente la PAIRE D'ELECTRONS LIANTS

p+

e-


APPLICATIONS Représente la (les) liaison(s) dans les molécules de corps simples

Formule Schéma de Lewis de l'élément

Représentation des molécules

Cl2

Cl

O2(*)

O

N2

N

P4 (tétraphosphore)

P

S8 (cyclooctasoufre)

S

(*) N.B.: la représentation est transitoire.

.. : .

..

.. : .

.

.. . .

.

.. . .

.

.. : .

.


La liaison chimique - forces de nature électrostati que - Fiche °28

IDEE Quelle est la nature des forces entre ions dans le composé ionique NaCl ? ACTION

Capacités exercées O H E R I C On donne le modèle du cristal ionique de NaCl On demande 1. Hachure les premiers voisins(*) (ions les plus proches) de l'ion Na+ (du centre). 2. Représente à l'aide de flèches les interactions entre cet ion et tous ses premiers

voisins.

(*) On se limiite aux premiers voisins car les forces électrostatiques diminuent fortement avec la distance.

Observer un modèle

Na+ Cl-

Justifier sa pertinence


CONCLUSIONS • Dans le cristal NaCl, la liaison est assurée par de s interactions

électrostatiques entre les ions et non plus par une paire d'électrons liants comme dans H 2 , Cl2 ...

• Représentation conventionnelle de la liaison dans l e cristal NaCl:

Na+ Cl- Remarque: Na +

n Cl-n

représente un édifice polyionique formé de n ions Na+ et n ions Cl - (n étant un grand nombre). La convention d'écritu re Na+ Cl- n'est qu'une simplification.


CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 27 et 28) DIXIEME SEQUENCE : LA LIAISON CHIMIQUE - LES FORCES DE NATURE ELECTROSTATIQUE 31. Dans la molécule H2, l'attraction entre les deux noyaux est assurée par

une paire d'électrons situés entre eux. Cette paire d'électrons est

responsable de la liaison entre les deux noyaux.

Représentation conventionnelle de la liaison dans H2 :

H H Le trait représente la PAIRE D'ELECTRONS LIANTS

32. Dans le cristal NaCl, la liaison est assurée par des interactions

électrostatiques entre les ions et non plus par une paire d'électrons liants

comme dans H2 , Cl2 ...

Représentation conventionnelle de la liaison dans le cristal NaCl:

Na+ Cl- Remarque: Na+

n Cl-n

représente un édifice polyionique formé de n ions Na+ et n ions Cl - (n étant un grand nombre). La convention d'écriture Na+ Cl- n'est qu'une simplification.

33. La liaison chimique peut revêtir deux aspects contrastés:

• Une liaison assurée par la mise en commun d'une paire d'électrons

liants: LIAISON COVALENTE.

• Une liaison assurée par l'attraction électrostatique entre ions de

signes opposés : LIAISON IONIQUE.


LA LIAISON CHIMIQUE

11. La représentation des liaisons Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions suivantes : • Fiche n°29 : Comment représentes-tu la formation d 'ions dans les composés à caractère

ionique ? • Fiche n°30 : NaCl est un substance ionique. Cl2 est une substance covalente. Qu'en est-il de

HCl ? Démarche et compétences développées On utilise d'abord le modèle de la liaison chimique pour représenter la formation de composés ioniques. Ensuite, la démarche préconisée est basée sur l'interprétation d'un tableau de données pour compléter le modèle de la liaison (liaison covalente polarisée). Bilan notionnel • Mots clés : octet, liaison polarisée, charge partielle. • Représentation : la liaison covalente polarisée.


La liaison chimique - représentation des liaisons - Fiche n°29 IDEE Comment représentes-tu la formation d'ions dans les composés à caractère ionique ? ACTION

Capacité exercée EXECUTION On donne une procédure de représentation de la formation de composés à caractère ionique. FORMATION DE NaCl

1) élément Z répartition des e - Schéma de Lewis χχχχ

Na

Cl

11

17

2, 8, 1

2, 8, 7

0,9

3,0

2) ∆χ = 3,0 - 0,9 = 2,1 3) + → + + - Na + Cl → Na+ + Cl - 4) D'un point de vue électronique, ceci correspond à l'équation:

Na + Cl → Na+ + Cl- 5) Gaz noble de même configuration électronique : ion Na+ ←→ gaz noble: Ne

ion Cl- ←→ gaz noble: Ar A) On demande d'appliquer la procédure de représentation pour la formation des

composés ioniques suivants: NaBr, NaI, KCl, KBr, KI.

Utiliser le modèle de la liaison


FORMATION DE NaBr


Na

Br

2) ∆χ = ............ = ..... 3) + → + Na + Br → ..... + ..... 4) D'un point de vue électronique, ceci correspond à l'équation:

Na + Br → ....................

5) Gaz noble de même configuration électronique : ion: ..... ←→ gaz noble: ..... ion: ..... ←→ gaz noble: .....

FORMATION DE NaI


Na I

2) ∆χ = ............ = ..... 3) + → + Na + I → ..... + ..... 4) D'un point de vue électronique, ceci correspond à l'équation:

Na + I → .................... 5) Gaz noble de même configuration électronique : ion: ..... ←→ gaz noble: .....

ion: ..... ←→ gaz noble: .....


FORMATION DE KCl


K

Cl

2) ∆χ = ............ = ..... 3) + → + K + Cl → ..... + ..... 4) D'un point de vue électronique, ceci correspond à l'équation:

K + Cl → ....................


FORMATION DE KBr


K

Br

2) ∆χ = ............ = ..... 3) + → + K + Br → ..... + ..... 4) D'un point de vue électronique, ceci correspond à l'équation:

K + Br → ....................



FORMATION DE KI


K I

2) ∆χ = ............ = ..... 3) + → + K + I → ...... + ...... 4) D'un point de vue électronique, ceci correspond à l'équation:

K + I → ....................


B) On demande d'étendre la procédure de représentation pour la formation des

composés ioniques comportant un cation ALCALINO-TERREUX : CaCl2 , CaBr2 , CaI2 , MgCl2 , MgBr2 et MgI2 .


FORMATION DE CaCl 2


Ca

Cl

2) ∆χ = ............ = ..... 3) + ... → + ... Ca + ... Cl → ...... + ...... 4) D'un point de vue électronique, ceci correspond à l'équation:

Ca + ... Cl → ....................


FORMATION DE CaBr 2


Ca

Br

2) ∆χ = ............ = ..... 3) + ... → + ... Ca + ... Br → ...... + ...... 4) D'un point de vue électronique, ceci correspond à l'équation:

Ca + ... Br → ....................



FORMATION DE CaI2


Ca I

2) ∆χ = ............ = ..... 3) + ... → + ... Ca + ... I → ...... + ...... 4) D'un point de vue électronique, ceci correspond à l'équation:

Ca + ... I → ....................


FORMATION DE MgCl 2


Mg

Cl

2) ∆χ = ............ = ..... 3) + ... → + ... Mg + ... Cl → ...... + ...... 4) D'un point de vue électronique, ceci correspond à l'équation:

Mg + ... Cl → ....................



FORMATION DE MgBr 2


Mg

Br

2) ∆χ = ............ = ..... 3) + ... → + ... Mg + ... Br → ...... + ...... 4) D'un point de vue électronique, ceci correspond à l'équation:

Mg + ... Br → ....................


FORMATION DE MgI 2


Mg I

2) ∆χ = ............ = ..... 3) + ... → + ... Mg + ... I → ...... + ...... 4) D'un point de vue électronique, ceci correspond à l'équation:

Mg + ... I → ....................



CONCLUSIONS • Dans les exemples envisagés, la liaison ionique s'é tablit entre un

métal (M) et un non-métal (M') par transfert d'élec tron(s) des

atomes du métal vers les atomes du non-métal.

• Les ions qui interviennent dans la liaison ionique ont une

configuration électronique semblable à celle du gaz noble dont le

nombre atomique (Z) est le plus proche.

Remarque: La dernière couche électronique d'un gaz noble ne comporte que

des doublets électroniques:

∗ He: un doublet. ∗ Ne, Ar, Kr, Xe, Rn: quatre doublets (ou un octet).


La liaison chimique - représentation des liaisons - Fiche n°30 IDEE NaCl est une substance ionique. Cl 2 est une substance covalente. Qu'en est-il de HCl ? ACTION


NaCl HCl Cl 2

état physique solide gaz gaz

∆χ 2,1 0,9 0

conductibilité à l'état

fondu

OUI

NON

NON

conductibilité en

solution aqueuse

OUI

OUI

NON

On demande 1) Peux-tu, à l'aide de ces données, préciser la nature de la liaison de HCl ? Justifie. ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 2) Représente la liaison dans NaCl et la liaison dans Cl2

. Propose une représentation de la liaison de HCl. NaCl Cl2

HCl


Faire évoluer un modèle


CONCLUSIONS • La liaison de HCl est intermédiaire entre celle de Cl2 (covalente

pure) et celle de NaCl (ionique). • HCl est une substance à structure moléculaire, la l iaison entre H

et Cl est covalente. Cependant certaines propriétés de HCl, comme la conductiblité de ses solutions aqueuses, r appellent la liaison ionique.

• Il s'agit donc d'une liaison covalente polarisée ( un pôle + et un pôle -).

• Représentation:

Hδ+δ+δ+δ+ Clδ−δ−δ−δ−

δδδδ = fraction de charge électrique.

Le doublet d'électrons est partagé par les deux ato mes H et Cl mais reste plus proche du Cl plus électronégatif.

H: Z = 1 χ χ χ χ = 2,1 Cl: Z = 17 χχχχ = 3,0 ∆χ∆χ∆χ∆χ = 0,9

H Cl →→→→ H Cl

δ+ δ−δ+ δ−δ+ δ−δ+ δ−


CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 29 et 30) ONZIEME SEQUENCE : LA LIAISON CHIMIQUE - LA REPRESENTATION DES LIAISONS 34. Dans les exemples envisagés, la liaison ionique s'établit entre un métal

(M) et un non-métal (M') par transfert d'électron(s) des atomes du

métal vers les atomes du non-métal.

Les ions qui interviennent dans la liaison ionique ont une configuration

électronique semblable à celle du gaz noble dont le nombre atomique (Z)

est le plus proche.

Remarque: La dernière couche électronique d'un gaz noble ne comporte

que des doublets électroniques: ∗ He: un doublet. ∗ Ne, Ar, Kr, Xe, Rn: quatre doublets (ou un octet).

35. La liaison de HCl est intermédiaire entre celle de Cl2 (covalente pure) et

celle de NaCl (ionique).

HCl est une substance à structure moléculaire, la liaison entre H et Cl

est covalente. Cependant certaines propriétés de HCl, comme la

conductiblité de ses solutions aqueuses, rappellent la liaison ionique.

Il s'agit donc d'une liaison covalente polarisée ( un pôle + et un pôle -).

Représentation: Hδ+δ+δ+δ+ Clδ−δ−δ−δ−

δδδδ = fraction de charge électrique.

Le doublet d'électrons est partagé par les deux atomes de H et de Cl

mais reste plus proche du Cl plus électronégatif.

H: Z = 1 χ χ χ χ = 2,1 Cl: Z = 17 χχχχ = 3,0 ∆χ∆χ∆χ∆χ = 0,9

H Cl →→→→ H Cl

δ+ δ−δ+ δ−δ+ δ−δ+ δ−


LA LIAISON CHIMIQUE

12. La détermination du type de liaison Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions suivantes : • Fiche n°31 : Existe-t-il une relation entre ∆χ∆χ∆χ∆χ et la charge partielle δ+ δ+ δ+ δ+ ou δ− ? δ− ? δ− ? δ− ? • Fiche n°32 : La formule générale peut-elle servir à classer des substances en substances à

caractère ionique ou substances à caractère molécul aire ? • Fiche n°33 : Quels types de liaison chimique rencon tre-t-on dans les composés binaires

hydrogénés ? • Fiche n°34 : Justifie la géométrie spatiale des mol écules des composés binaires

hydrogénés. • Fiche n°35 : Quels types de liaison rencontre-t-on dans les composés binaires oxygénés? • Fiche n°36 : Quelles sont les formules de structure de l'hémitrioxyde et de l'hémipentoxyde

d'azote ? • Fiche n°37 : Quels types de liaison rencontre-t-on dans les composés hydroxylés XOH tels

que MOH et M'OH (HM'O)? • Fiche n°38 : Quelle est la formule de structure d'u n sel ? Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur la recherche d’un critère pour caractériser les substances ioniques ou moléculaires. On détermine ensuite le type de liaison dans les composés binaires hydrogénés, les composés binaires oxygénés et dans les composés binaires hydroxylés. Par ailleurs, on précise la géométrie moléculaire des composés moléculaires binaires hydrogénés. Enfin, on met en relation la formule de structure d’un acide et des sels dérivés. Bilan notionnel • Mots clés : répulsion des paires électroniques, géométrie (forme) moléculaire linéaire -triangulaire

- tétraédrique - pyramidale - angulaire (coudée), atome central, groupe hydroxyle, ion hydroxyde.

• Représentation : modèles de géométrie moléculaire.


La liaison chimique - détermination du type de liai son - Fiche n°31 IDEE Existe-t-il une relation entre ∆χ∆χ∆χ∆χ et la charge partielle δ+ δ+ δ+ δ+ ou δ− ? δ− ? δ− ? δ− ? ACTION

Capacités exercées O H E R I C On donne les graphiques suivants:

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

F2

Br2 Cl2 I2 S8 HI

H2S

HB

r

HC

l

NH

3

SO

2

NaH KH

P4O

10

H2O

BeC

l2

AlC

l3

NaI

MgC

l2 HF

NaB

r

CaC

l2

NaC

l

Na2

O

K2O NaF

∆χ∆χ∆χ∆χ

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

F2

Br2 Cl2 I2 S8 HI

H2S

HB

r

HC

l

NH

3

SO

2

NaH KH

P4O

10

H2O

BeC

l2

AlC

l3

NaI

MgC

l2 HF

NaB

r

CaC

l2

NaC

l

Na2

O

K2O NaF

δ δ δ δ (charge partielle par liaison)

On demande 1) Compare l'allure des deux graphiques. La différence d'électronégativité est-elle en

relation avec la charge partielle ? .......................................................................................................................................

Interpréter des graphiques

Etablir une relation entre deux grandeurs physiques


2) A l'aide du tableau suivant, réalise le graphique de δ (charge partielle) en fonction de ∆χ (différence d'électronégativité).

∆χ ∆χ ∆χ ∆χ (différence d'électronégativité)

δ δ δ δ (charge partielle)

0

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,7 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4

0

0,01 0,04 0,09 0,15 0,22 0,30 0,39 0,47 0,50 0,55 0,63 0,70 0,76 0,82 0,86 0,89 0,92 0,94

∆χ∆χ∆χ∆χ

δδδδ


CONCLUSIONS • La différence d'électronégativité ( ∆χ∆χ∆χ∆χ) est une caractéristique

d'une liaison chimique. Elle est en relation avec l a charge électrique partielle ( δ)δ)δ)δ) présente sur chaque atome.

• Comme le montre le graphique de la page précédente, la relation

entre δδδδ et ∆χ∆χ∆χ∆χ n'est pas une relation linéaire.


La liaison chimique - détermination du type de liai son - Fiche n°32 IDEE La formule générale peut-elle servir à classer des substances en substances à caractère ionique ou substances à cara ctère moléculaire ? ACTION

Capacités exercées O H E R I C On donne une liste de substances:

F2,, Cl2, Br2, I2, HF, HCl, HBr, HI, H2S, NH3, H2O, NaH, KH, SO2, P4O10, Na2O,

K2O, CaCl2, BeCl2, AlCl3, MgCl2, NaBr, NaCl, NaF.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

F2 Br2

Cl2 I2 S8 HI

H2S

HB

r

HC

l

NH

3

SO

2

NaH KH

P4O

10

H2O

BeC

l2

AlC

l3

NaI

MgC

l2

HF

NaB

r

CaC

l2

NaC

l

Na2

O

K2O

NaF

δ (charge partielle par liaison)


Rechercher un critère de classement

Légende

: substance covalente

: substance ionique


On demande 1) Complète le tableau ci-dessous: Rappels

• M = symbole général d'un métal • H = symbole de l'hydrogène • M'= symbole général d'un non-métal • O = symbole de l'oxygène

Substance moléculaire Substance ionique Formule Formule générale Formule Formule générale

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

................................

2) A quelle(s) condition(s), la formule générale permet-elle de classer les substances à structure moléculaire ou à structure ionique ?

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................


CONCLUSION

Si l'on fait abstraction des intrus (*) identifiés dans le tableau (BeCl 2

et AlCl 3), on constate que la formule générale peut servir à classer les corps en substances à structure molécul aire ou à structure ionique.

Substances à structure moléculaire:

Formules générales excluant M ex: HM' (ou M'H), M'O, HM'O.

Substances à structure ionique: Formules générales incluant M ex: MH, MO, MOH, MM', MHM'

MHM', MM'O, MHM'O. (**) (*) Les métaux ont un comportement moins marqué lorsqu'ils occupent une case du tableau située en haut d'une colonne ou à la droite d'une période. C'est le cas des éléments de la deuxième période et d'éléments "semi-métalliques" situés à la frontière entre les métaux et les non-métaux (Al, Ge, Sb). (**) Quelques exemples : SOCl2, POCl3, COCl2 (chlorures d'acides minéraux)

FORMULE GENERALE: MH, MO, HM', MM', M'O, M' 1 M'2,

MHM', HM'O, MM'O, M' 1 M'2O, MHM'O

Y a-t-il présence d'un métal

?

OUI NON

Substance à structure ionique

MH MO

MM'(O) MHM'(O)

Substance à structure

moléculaire HM'(O)

M'O M'1 M'2 (O)


La liaison chimique - détermination du type de liai son - Fiche n°33 IDEE Quels types de liaison chimique rencontre-t-on dans les composés binaires hydrogénés ? ACTION

Capacités exercées EXECUTION I. Cas des composés à structure ionique On donne des formules de composés binaires hydrogénés à structure ionique: NaH, KH, CaH2. On demande de compléter le tableau suivant:

caractéristiques des éléments

caractéristiques des liaisons

Formule Formule générale

Structure Z Schéma de Lewis

χ ∆χ Représentation Type de liaison

NaH

MH

ionique

Na:..

H:....

0,9

2,1

1,2

Na+ H-

ionique

KH

.............

K:.....

H:....

........

........

..........

..........

CaH2

.............

Ca:..

H:....

........

........

..........

..........

• Quel(s) est (sont) le(s) type(s) de liaison intervenant dans les composés binaires

hydrogénés à structure ionique ? ................................................................................................................................. • Série ces composés selon le caractère ionique croissant de la liaison.

.................................................................................................................................



II. Cas des composés à structure moléculaire On donne des formules de composés binaires hydrogénés à structure moléculaire: H2O, NH3, CH4, HCl. On demande de compléter le tableau suivant:





χ ∆χ Représentation dans le plan

(*)

Type de liaison

H2O

-

moléculaire

H:1

O:8

2,1

3,5

1,4

Hδ+− Ο2δ−−Hδ+

covalente

polarisée

NH3

.............

N:....

H:....

........

........

..........

..........

PH3

.............

P:....

H:....

........

........

..........

..........

CH4

.............

C:....

H:....

........

........

..........

..........

HCl

.............

H:....

Cl:....

........

........

..........

..........

• Quel(s) est (sont) le(s) type(s) de liaison intervenant dans les composés binaires

hydrogénés à structure moléculaire: ................................................................................................................................. • Quel est le critère qui permet de les distinguer ? ................................................................................................................................

(*) La représentation donnée ne correspond pas nécessairement à la géométrie réelle de la molécule


CONCLUSION

Type de substance

Type de la liaison X-H

Charges Exemples Formule générale

covalente pure

aucune PH 3, TeH2 M'H

Structure moléculaire

covalente polarisée

partielles

HF, HCl, H2O, H2S, NH3, CH4,

SiH4

(BH3)x , (AlH 3)x

HM' ou M'H soit

Hδ+δ+δ+δ+M'δ−δ−δ−δ−ou M' δ−δ−δ−δ− Hδ+δ+δ+δ+

MH soit M δ+δ+δ+δ+Hδ−δ−δ−δ−

Structure ionique

ionique entières NaH, KH, CaH2, MgH2

MH soit M +H-


La liaison chimique - détermination du type de liai son - Fiche n°34 IDEE Justifie la géométrie spatiale des molécules des co mposés binaires hydrogénés ACTION

Capacités exercées O H E R I C 1. On donne des modèles moléculaires du méthane (CH4).

modèle tétraédrique compact modèle tétraédrique éclaté

On demande de justifier la géométrie spatiale de cette molécule.

Rappel: les interactions électrostatiques entre charges électriques.

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

2. On donne les modèles moléculaires de l'hydrure d'aluminium et de l'ammoniac.

On demande de justifier la différence des géométries spatiales alors que les formules brutes sont identiques (XH3).

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

Utiliser des modèles

Tirer des règles

AlH3

forme triangulaire NH3

forme pyramidale


CONCLUSION La géométrie spatiale des molécules binaires hydrog énées est justifiée par la répulsion entre paires électroniqu es. APPLICATION Dessine les molécules de H2O et de HCl en représentant toutes les paires électroniques liantes et non liantes.

H2O HCl

CONCLUSION GENERALE

Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa

Schéma de Lewis

Formule brute

XH XH2 XH3 XH4 XH3 H2X HX

Nbre de paires d'e-

1 2 3 4 4 4 4

Géométrie spatiale

Géométrie moléculaire

linéaire linéaire triangulaire tétraédrique pyramidale angulaire (coudée)

linéaire

légende: : atome de l'élément central : atome d'hydrogène

X X X X X X X

X


La liaison chimique - détermination du type de liai son - Fiche n°35 IDEE Quels types de liaison rencontre-t-on dans les comp osés binaires oxygénés (*) ? ACTION

Capacités exercées EXECUTION 1. On donne une liste d'oxydes: Na2O, MgO, Al2O3, CO2, P2O3, Cl2O, H2O. On demande de compléter le tableau suivant:






(**)

Type de liaison

Na2O

MO

ionique

Na:11

O:8

0,9

3,5

2,6

Na+ O2- Na+

ionique

MgO

.............

Mg:...

O:...

........

........

..........

..........

Al2O3

.............

Al:....

O:...

........

........

..........

..........

CO2

.............

C:...

O:...

........

........

..........

..........

(*) Des structures où subsistent un ou des électrons célibataires sont appelées des RADICAUX. Ceux-ci sont généralement instables. (**)La représentation donnée ne correspond pas nécessairement à la géométrie réelle de la molécule.



caractéristiques des

éléments caractéristiques des liaisons




(*)

Type de liaison

N2O3

............

N:...

O:...

........

........

..........

..........

P2O3

.............

P:...

O:...

........

........

..........

..........

Cl2O

.............

Cl:...

O:...

........

........

..........

..........

K2O

.............

K:...

O:...

........

........

..........

..........

H2O

.............

H:...

O:...

........

........

..........

..........

(*) La représentation donnée ne correspond pas nécessairement à la géométrie réelle de la molécule.


CONCLUSION 1

Type de substance

Type de la liaison X-O

Exemples de formule

Formule générale

Structure

covalente

pure Y-Y

-

-

moléculaire

covalente polarisée Xδ+δ+δ+δ+- Yδ−δ−δ−δ−

Cl2O, H2O, N2O3,

P2O3, CO2 M'O et H2O

Structure ionique

ionique X+ Y-

Na2O, K2O, MgO, Al 2O3

MO


2. On donne les oxydes stables du soufre: SO2 et SO3. On demande 1) Compléter le tableau suivant:






(*)

Type de liaison

SO2

............

S:...

O:...

........

........

..........

..........

SO3

.............

Sl:...

O:...

........

........

..........

..........

Vérifie que les représentations proposées ne compor tent plus d'électron célibataire. 2) Donne la répartition des électrons sur les différentes couches d'un atome de

l'élément soufre: ....................................................................................................................................... 3) Quelle est la couche électronique impliquée dans la formation des liaisons dans

SO2 et SO3 ? ....................................................................................................................................... 4) Combien d'électrons occupent la dernière couche de S dans SO2 ?....................... dans SO3 ? ...................... 5) En ce qui concerne le soufre, ces nombres dépassent-ils le maximum autorisé sur

la couche concernée ? Justifie. ....................................................................................................................................... 6) Cette répartition électronique correspond-elle à celle d'un gaz noble ?

(*) La représentation donnée ne correspond pas nécessairement à la géométrie réelle de la molécule.

OUI / NON

OCTET

!


CONCLUSION 2 • Liaisons de SO 2 et SO3





χχχχ ∆χ∆χ∆χ∆χ Représentation dans le plan

(*)

Type de liaison

SO2

M'O

moléculaire

S:16

O:8

2,5

3,5

1,0

O=S=O

covalente

polarisée

SO3

M'O

moléculaire

S:16

O:8

2,5

3,5

1,0

O

O=S=O

covalente

polarisée

• Contrairement aux liaisons ioniques, les liaisons c ovalentes

peuvent impliquer tous les électrons de valence de l'atome central (**) .

Dans les molécules SO 2 et SO3, la dernière couche électronique du soufre comporte plus de 8 e -. Dans ce cas, la règle de l'octet ne s'applique plus.

(*) La représentation donnée ne correspond pas nécessairement à la géométrie réelle de la molécule. (**)Atome le moins représenté dans la molécule.

2δ− 4δ+ 2δ−

2δ− 6δ+ 2δ−

2δ−


APPLICATION Etablis les formules de structure des oxydes du chlore.

Nom Formule brute

Représentation dans le plan Formule de structure

hémioxyde de

chlore

Cl2O

hémitrioxyde de

chlore (*)

Cl2O3

hémipentoxyde de

chlore (*)

Cl2O5

hémiheptoxyde de

chlore

Cl2O7

(*) ces oxydes ne sont pas connus même si les oxoacides correspondants existent.


La liaison chimique - détermination du type de liai son - Fiche n°36 IDEE Quelles sont les formules de structure de l'hémitri oxyde et de l'hémipentoxyde d'azote ? ACTION


On donne les formules brutes N2O3 et N2O5

et le nombre maximum d'électrons sur les deux premières couches:

K = 2e- et L = 8e-. On demande de rechercher des formules de structure possibles.

Vérifie que le nombre d'électrons liants et non lia nts (*) est bien inférieur ou égal au nombre maximum autorisé d'électrons.

Nom Formule brute

Représentation dans le plan Formule de structure

hémitrioxyde d'azote

N2O3

hémipentoxyde d' azote

N2O5

CONCLUSION Tous les électrons de valence d'un atome d'un éléme nt peuvent être impliqués dans des liaisons chimiques à condit ion que le maximum autorisé sur la couche périphérique ne soit pas dépassé. Ainsi, H autorise au maximum 2e - sur la couche K . C,O, N, F autorisent au maximum 8e - sur la couche L.

(*) Les électrons liants sont impliqués dans des liaisons. Les électrons non liants sont ceux des paires libres.

Faire évoluer le modèle de la liaison


La liaison chimique - détermination du type de liai son - Fiche n°37 IDEE Quels types de liaison rencontre-t-on dans les comp osés hydroxylés XOH tels que MOH et M'OH (HM'O) ? ACTION

Capacité exercée EXECUTION

On donne une liste de composés hydroxylés:

HNO2, HNO3, H2CO3, H2SO3, H2SO4, NaOH, KOH, Ca(OH)2.

Dans les composés hydroxylés XOH que nous étudions, l'atome d'hydrogène est toujours fixé sur un atome d'oxygèn e.

On demande

1) de compléter le tableau suivant en imitant l'exemple proposé.







HNO2

ou

NO(OH)

HM'O

moléculaire

N:7

O:8

H:1

3,0

3,5

2,1

0,5

1,4

H-O-N=O

covalente

polarisée

HNO3

ou

NO2(OH

)

............

.............

N:...

O:...

H:...

.....

.....

.....

.....

.....

..........









H2CO3

ou

CO(OH)2

............

.............

C:...

O:...

H:...

.....

.....

.....

.....

.....

..........

H2SO3

ou

SO(OH)2

............

.............

S:...

O:...

H:...

.....

.....

.....

.....

.....

..........

H2SO4

ou

SO2(OH)2

............

.............

S:...

O:...

H:...

.....

.....

.....

.....

.....

..........








NaOH

............

.............

Na:..

O:...

H:...

.....

.....

.....

.....

.....

..........

KOH

............

.............

K:...

O:...

H:...

.....

.....

.....

.....

.....

..........

Ca(OH)2

............

.............

Ca:..

O:...

H:...

.....

.....

.....

.....

.....

..........

2) Explicite la procédure suivie pour obtenir chaque représentation : .......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

CONCLUSION


Type de substance

Type de la liaison X- O

Exemples de formules

Formule générale

Structure

covalente

pure Y-Y

-

-

moléculaire


HNO2, HNO3,

H2CO3, H2SO3,

H2SO4

HM'O

Structure ionique

ionique

X+ Y-

NaOH, KOH,

Ca(OH)2 MOH

Nombre total d'électrons liants et d'électrons non liants de l'atome central M' d'une molécule M'O et HM'O.

Atome M' isolé Atome M' lié

Dernière couche

Nombre max. d'e-

Nombre total d'e- liants et d'e- non liants

Groupe IV a Groupe Va Groupe VIa Groupe VIIa

Période 1 K 2

Période 2 L 8 C

8

N

8

O

8

F

8

Période 3 M 18 Si

8

P

8

10

S

8

10

12

Cl

8

10

12

14

LES ATOMES DES ELEMENTS AYANT AU MOINS 3 COUCHES ELECTRONIQUES ET AU MOINS UNE PAIRE D'ELECTRONS NON LIANTS PEUVENT DEPASSER L'OCTET SUR LA COUCHE PERIPHERIQUE LORS DE LA FORMATION DE LIAISONS COVALENTES.


La liaison chimique - détermination du type de liai son - Fiche n°38 IDEE Quelle est la formule de structure d'un sel ? ACTION


On donne une liste de sels: NaCl, Na2S, NaHS, NaNO3, Na2SO4, NaHSO4.

On demande

1) de compléter le tableau suivant:

Formule brute du sel Formule de structure de l'acide correspondant

Formule de structure du sel

NaCl H Cl

Na2S

S

H H

NaHS

S

H H

NaNO3

O

H-O-N=O

Na2SO4

NaHSO4

2) Dans quel(s) type(s) de liaison chimique le sodium est-il impliqué?

......................................................................................................................................


H-O O

S H-O O

H-O O

S H-O O


3) Représente les formules de structure des sels suivants:

Formule brute du sel Formule de structure de l'acide correspondant

Formule de structure du sel

KBr

NaNO2

K2CO3

KHS

NaH2PO4

CaSO4

CaCl2

4) Explicite la procédure suivie pour obtenir chaque représentation.

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................


CONCLUSION

Type de substance

Type de la liaison M-O ou M-M'

Exemples de formules

Formule générale

Structure

covalente

pure Y-Y

-

-

moléculaire


-

-

Structure ionique

ionique X+ Y-

NaCl, KBr, CaCl 2,

Na2S,

NaHS, KHS,

NaNO2, NaNO3,

K2CO3, Na2SO4,

CaSO4,

NaHSO4, NaH2PO4

MM'

MHM'

MM'O

MHM'O


PRINCIPAUX IONS DES SUBSTANCES A STRUCTURE IONIQUE

Charge

électrique 3- 2- 1- 1+ 2+ 3+

Ions des éléments des

groupes a

N3- nitrure

P3- phosphure

S2-

sulfure

O2-

oxyde

F-

fluorure

Cl-

chlorure Br-

bromure I-

iodure

Na+

K+

Ca2+

Mg2+

Pb2+ (*)

Ions polyatomiques

formés d'éléments des

groupes a

PO43-

phosphate

CO32-

carbonate

SO3

2- sulfite

SO4

2- sulfate

HPO4

2-

hydrogéno-phosphate

OH- hydroxyde

NO3-

nitrate HCO3

- hydrogéno-carbonate

HSO3-

hydrogéno-sulfite

HSO4-

hydrogéno-sulfate

H2PO4-

dihydrogéno-phosphate

NH4+

ammonium

Ions des éléments des

groupes b

Ag+ Cu+

Cu2+ Co2+

Fe2+ Mn2+ Ni2+ Zn2+

Co3+ Cr3+ Fe3+

Ions

polyatomiques formés

d'éléments des groupes a et b

CrO42-

chromate Cr2O7

2- dichromate

MnO4

- permanganate

(*) Pb, élément du groupe IVa, manifeste son caractère métallique en cédant 2 des 4 électrons représentés dans le schéma de Lewis.


CLASSIFICATION DES CORPS COMPOSES

Substances ioniques Substances moléculaires

MH Hydrures métalliques

ex: NaH, CaH2.

MO Oxydes métalliques

ex: Na2O, CaO.

MOH Hydroxydes

ex: NaOH, Ca(OH)2.

MM'(O) et MHM'(O) sels

HM' M'H Hydracides ... ex: HCl, H2S ex: NH3, CH4.

M'O

Oxydes non métalliques ex: CO2, SO2, SO3,

N2O3, N2O5, P2O3, P2O5.

HM'O Oxacides

ex: H2CO3, H2SO3, H2SO4, HNO2, HNO3, H3PO3, H3PO4.

exemples

C P N S Cl

MM'

Na3P

Ca3P2

Na3N

Ca3N2

Na2S

CaS

NaCl

CaCl2

MHM' NaHS

MM'O

Na2CO3

CaCO3

Na3PO4

Ca3(PO4)2

NaNO3

Ca(NO3)2

Na2SO3

CaSO3

Na2SO4

CaSO4

NaClO

Ca(ClO)2

MHM'O

NaHCO3

Ca(HCO3)2

NaH2PO4

Na2HPO4

NaHSO3

NaHSO4


CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 31 à 38) DOUZIEME SEQUENCE : LA LIAISON CHIMIQUE - LA DETERMINATION DU TYPE DE LIAISON 36. La différence d'électronégativité (∆χ∆χ∆χ∆χ) est une caractéristique du type de

liaison chimique. Elle est en relation avec la charge électrique partielle (δδδδ) présente sur chaque atome.

37. Pour déterminer le caractère ionique ou moléculaire d’une substance,

appliquons l’algorithme suivant :

FORMULE GENERALE: MH, MO, HM', MM', M'O, M' 1 M'2,

MHM', HM'O, MM'O, M' 1 M'2O, MHM'O

Y a-t-il présence d'un métal

?

OUI NON

Substance à structure ionique

MH MO

MM'(O) MHM'(O)

Substance à structure

moléculaire HM'(O)

M'O M'1 M'2 (O)


38. Les tableaux suivants résument le type de liaison chimique dans :

• les composés hydrogénés :

Type de substance Type de la liaison X-H

Exemples Formule générale

covalente pure

X – Y

PH3, TeH2 M'H

Structure

moléculaire covalente

polarisée

Xδ+δ+δ+δ+- Yδ−δ−δ−δ−

HF, HCl, H2O,

H2S, NH3, CH4,

SiH4

(BH3)x , (AlH3)x

HM' ou M'H

soit

Hδ+δ+δ+δ+M'δ−δ−δ−δ−ou M'δ−δ−δ−δ− Hδ+δ+δ+δ+

MH soit Mδ+δ+δ+δ+Hδ−δ−δ−δ−

Structure ionique ionique

X+ Y-

NaH, KH, CaH2,

MgH2

MH soit M+H-

géométrie moléculaire des composés hydrogénés :

Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa

Schéma de Lewis

Formule brute

XH XH2 XH3 XH4 XH3 H2X HX

Nbre de paires d'e-

1 2 3 4 4 4 4



linéaire linéaire triangulaire tétraédrique pyramidale angulaire (coudée)

linéaire

• les composés oxygénés :

Type de substance



Structure

covalente pure

Y-Y

- -

moléculaire

covalente

polarisée


Cl2O, H2O, N2O3,

P2O3, CO2

M'O et H2O

Structure ionique

ionique

X+ Y-

Na2O, K2O, MgO,

Al2O3

MO

X X X X X X X


• les composés hydroxylés :

Type de substance

Type de la liaison X- O


Structure

covalente

pure

Y-Y

- -

moléculaire

covalente

polarisée


HNO2, HNO3,

H2CO3, H2SO3,

H2SO4

HM'O

Structure ionique

ionique

X+ Y-

NaOH, KOH,

Ca(OH)2 MOH

Nombre total d'électrons liants et d'électrons non liants de l'atome central

M' d'une molécule M'O et HM'O.

LES ATOMES DES ELEMENTS AYANT AU MOINS 3 COUCHES ELECTRONIQUES ET AU MOINS UNE PAIRE D'ELECTRONS NON LIANTS PEUVENT DEPASSER L'OCTET SUR LA COUCHE PERIPHERIQUE LORS DE LA FORMATION DE LIAISONS COVALENTES.

Atome M' isolé Atome M' lié

Dernière couche

Nombre max. d'e-

Nombre total d'e- liants et d'e- non liants

Groupe IV a Groupe Va Groupe VIa Groupe VIIa

Période 1 K 2

Période 2 L 8 C

8

N

8

O

8

F

8

Période 3 M 18 Si

8

P

8

10

S

8

10

12

Cl

8

10

12

14


• les composés salins :

Type de substance

Type de la liaison M-O ou M-M'


Structure

covalente

pure

Y-Y

-

-

moléculaire

covalente

polarisée


-

-

Structure ionique

ionique

X+ Y-

NaCl, KBr, CaCl2,

Na2S,

NaHS, KHS,

NaNO2, NaNO3,

K2CO3, Na2SO4,

CaSO4,

NaHSO4,

NaH2PO4

MM'

MHM'

MM'O

MHM'O


LA LIAISON CHIMIQUE

13. Le nombre d’oxydation (N.O.) Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions : • Fiche n°39 : Qu'appelle-t-on nombre d'oxydation d'u n élément chimique ? • Fiche n°40 : Comment détermine-t-on le N.O. d'un él ément d'un composé binaire moléculaire

? • Fiche n°41 : Comment détermine-t-on rapidement le N .O. d'un élément dans une molécule ? • Fiche n°42 : Comment déterminer par la méthode algé brique le N.O. d'un élément dans un

ion polyatomique ? Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur la lecture d'un tableau mettant en relation, les formules de structure, les représentations fictives et les nombres d 'oxydation. Ensuite, on recherche une procédure d'évaluation rapide du N.O. dans les composés moléculaires et ioniques. Bilan notionnel • Mots clés : représentation fictive, charge fictive, nombre d'oxydation. • Représentation : représentation fictive.


La liaison chimique - le N.O. - Fiche n°39 IDEE Qu'appelle-t-on nombre d'oxydation d'un élément chi mique ? ACTION


On donne un tableau de formules de substances avec les N.O. des éléments constitutifs.

Formule brute Formule de structure

Représentation fictive (*)

N.O. des éléments

Al - - N.O. Al = 0

H2 H-H H-H N.O. H = 0

Al 3+ - - N.O. Al = +III

HCl H - Cl H+ Cl - N.O.H = +I

N.O.Cl = -I

NaCl Na+ Cl - Na+ Cl - N.O.Na = +I

N.O.Cl = -I

CaBr 2 Br - Ca2+ Br - Br - Ca2+ Br - N.O.Ca = +II

N.O.Br = -I

H2S H - S - H H+ S 2- H+ N.O.H = +I

N.O.S = -II

SO2

O=S=O

O 2- S4+ O 2-

N.O.S = +IV N.O.O = -II

SO3 O

O=S=O

O 2-

O 2- S6+ O 2-

N.O.S = +VI

N.O.O = -II

Remarque pour le professeur: Un traitement rigoureux de certains cas nécessite le recours à la charge formelle, laquelle dépasse le niveau de la 4e (voir annexe I).

(*) Dans la représentation fictive, on attribue aux atomes les plus électronégatifs les électrons de liaison. La charge de chaque atome est fictive, elle dépend du nombre d'électrons "gagnés" ou "perdus" par rapport à l'atome neutre.

Retrouver une convention

δ+ δ−

δ+ 2δ− δ+

2δ− 4δ+ 2δ− 2δ−

2δ− 6δ+ 2δ−


On demande

1) Quelle est la relation entre la formule de structure et la représentation fictive ?

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

2) Quelle est la relation entre la représentation fictive et les valeurs du N.O. des éléments ?

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................


CONCLUSIONS

• La représentation fictive s'obtient en considérant arbitrairement toutes les liaisons covalentes polarisées comme ion iques. Les charges obtenues sont des charges fictives (imagina ires).

• Le N.O. est la valeur algébrique de la charge ficti ve ainsi obtenue.

LE N.O. D'UN ELEMENT REPRESENTE LA VALEUR ALGEBRIQ UE DE LA

CHARGE QU'UN ATOME DE CET ELEMENT PORTERAIT SI TOU TES LES

LIAISONS POLARISEES AUXQUELLES IL PARTICIPE ETAIEN T DE

NATURE IONIQUE.


La liaison chimique - le N.O. - Fiche n°40 IDEE Comment détermine-t-on le N.O. d'un élément d'un co mposé binaire moléculaire ? ACTION


On donne des formules de structure de composés binaires : H2O, LiCl ...

On demande

1) Complète le tableau suivant:

Formule de structure


N.O. des éléments

Σ Σ Σ Σ des N.O. de tous les atomes

O 2δ−2δ−2δ−2δ−

Hδ+δ+δ+δ+ Hδ+δ+δ+δ+

O 2−2−2−2−

H++++ H++++

N.O. O = -II

N.O. H = +I

Σ N.O. = -2 + 2(+1)

Σ N.O. = 0

Li+ Cl -

S=C=S

Na+ - O O - Na+

Hδ+δ+δ+δ+ δ−δ−δ−δ−O Oδ−δ−δ−δ− Hδ+δ+δ+δ+

H

H P H

Na+ H-

K+ H-

O = C = O

(*) On considère que toutes les liaisons polarisées sont ioniques.

2δ− 4δ+ 2δ− 4δ+ 2δ− 4δ+ 2δ− 4δ+

Tirer une règle


2) Explicite, dans chaque cas, la procédure suivie pour la détermination du N.O. des

éléments.

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

CONCLUSIONS

• Le N.O. d'un élément d'un corps simple = O

• Dans un composé, le N.O. des éléments du groupe Ia est égal à +I,

le N.O. des éléments du groupe IIa est égal à +II,

le N.O. des éléments du groupe IIIa est égal à +II I.

• Le N.O. de O est toujours égal à - II sauf dans les peroxydes (H 2O2, Na2O2 ...)

où il est égal à -I

• Le N.O. de H est toujours égal à +I sauf dans les h ydrures métalliques (NaH,

KH ...) où il est égal à -I

• Dans une molécule la somme des N.O. de tous les ato mes est nulle.


APPLICATIONS

Etablis le N.O. des éléments des substances suivantes:

Formule brute Formule de structure

N.O. des éléments Σ Σ Σ Σ N.O. des atomes

HNO3 ................................

................................

................................

................................

H2SO3 ................................

................................

................................

................................

H2SO4 ................................

................................

................................

................................

Na3PO4 ................................

................................

................................

................................

K2SO4 ................................

................................

................................

................................

Li 2SO4 ................................

................................

................................

................................

CaSO4 ................................

................................

................................

................................

Mg(NO3)2 ................................

................................

................................

................................

Al 2(SO4)3 ................................

................................

................................

................................

AlF3 ................................

................................

................................

................................

NaAlO 2 ................................

................................

................................

................................


La liaison chimique - le N.O. - Fiche n°41 IDEE Comment détermine-t-on rapidement le N.O. d'un élém ent dans une molécule ? ACTION


On donne les règles de calcul du N.O.:

• Le N.O. d'un élément dans un corps simple = 0.

• Dans un composé, le N.O. des éléments Ia = +I, le N.O. des éléments IIa = +II, le N.O. des éléments IIIa = +III.

• Le N.O. de O = -II sauf dans les peroxydes (H2O2, Na2O2 ...) N.O. = -I.

• Le N.O. de H = +I sauf dans les hydrures métalliques (NaH, KH ...) N.O. = -I.

• Dans une molécule la somme des N.O. de tous les ato mes est égale à 0 .

On demande

1) Complète le tableau suivant:

Formule brute N.O. des éléments constitutifs

MgCl 2 ...............................................................................................

...............................................................................................

H3PO4 ...............................................................................................

...............................................................................................

NaNO3 ...............................................................................................

...............................................................................................

CaCO3 ...............................................................................................

...............................................................................................

Ca(H2PO4)2 ...............................................................................................

...............................................................................................

N2O5 ...............................................................................................

...............................................................................................

2) Explicite, dans chaque cas, la procédure suivie pour la détermination rapide du N.O. des éléments.

Appliquer une règle


.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

CONCLUSION

Pour déterminer rapidement le N.O. d'un élément dan s une

molécule, on le calcule par une méthode algébrique appliquant la

règle de la somme nulle des N.O.


La liaison chimique - le N.O. - Fiche n°42 IDEE Comment déterminer par la méthode algébrique le N.O . d'un élément dans un ion polyatomique ? ACTION

Capacités exercées O H E R I C On donne une liste d'ions polyatomiques : OH-, CO3

2-, ... On demande de compléter le tableau suivant :

Formule de structure


N.O. des éléments

Σ Σ Σ Σ des N.O. de tous les atomes

O−−−−H

O 2- H+

N.O. O = -II

N.O. H = +I

Σ N.O. = -2 + 1

Σ N.O. = -1

O

O C O

O

O N O

O = N O

O

O S O

O

(*) On considère que toutes les liaisons polarisées sont ioniques.

Tirer une règle

Appliquer une règle

-

2-

-

-

2-


CONCLUSION

Dans un ion polyatomique, la somme des N.O. des ato mes constitutifs est égale à la valeur algébrique de la charge de l'ion.

APPLICATION

Calcule le N.O. des éléments des ions polyatomiques suivants:

Formule brute N.O. des éléments constitutifs

SO32-

...............................................................................................

...............................................................................................

HPO42-

...............................................................................................

...............................................................................................

ClO- ...............................................................................................

...............................................................................................

ClO4-

...............................................................................................

...............................................................................................

Cr2O72-

...............................................................................................

...............................................................................................


N.O. - SERIES DES ELEMENTS M ET H

-IV -III -II -I 0 +I +II +III +IV +V +VI +VII

H H- H2 H+

MIa Na

K

Na+

K+

MIIa Ca

Mg

Ca2+

Mg2+

MIIIa Al Al 3+

AlO 2-

Mb Ag

Co

Cr

Cu

Fe

Mn

Ni

Zn

Ag+

Cu+

Co2+

Cu2+

Fe2+

Mn2+

Ni2+

Zn2+

Co3+

Cr3+

Fe3+

CrO42-

chromate

Cr2O72-

dichromate

MnO42-

manganate

MnO4-

permanganate

MIVa Pb Pb2+


N.O. - SERIES DES ELEMENTS M' ET O

-IV

-III

-II

-I 0

+I

+II

+III

+IV

+V

+VI

+VII

M'IVa CH4 C CO CO2

H2CO3

HCO3-

CO32-

M'Va NH4

+

NH3

N3-

N2 N2O3

HNO2

NO2-

N2O5

HNO3

NO3-

PH3

P3-

P4 P2O3

(P4O6)

H3PO3

H2PO3-

HPO32-

P2O5

(P4O10)

H3PO4

H2PO4-

HPO42-

PO43-

M'VIa H2S

HS-

S2-

S8 SO2

H2SO3

HSO3-

SO32-

SO3

H2SO4

HSO4-

SO42-

H3O

+

H2O

OH-

O2-

H2O2 O2

M'VIIa HCl

Cl-

Cl2 Cl2O

HClO

ClO-

HClO2

ClO2-

HClO3

ClO3-

HClO4

ClO4-


CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 39 à 42) TREIZIEME SEQUENCE : LA LIAISON CHIMIQUE - LE NOMBRE D'OXYDATION 39. La représentation fictive d'une molécule s'obtient en considérant

arbitrairement toutes les liaisons covalentes polarisées comme ioniques.

Les charges obtenues sont des charges fictives (imaginaires).

Le N.O. est la valeur algébrique de la charge fictive ainsi obtenue.

40. Définition du N.O. : Le N.O. d'un élément représente la valeur

algébrique de la charge qu'un atome de cet élément porterait si toutes

les liaisons polarisées auxquelles il participe étaient de nature ionique.

41. Régles d'évaluation du N.O.

• Le N.O. d'un élément d'un corps pur = O

• Dans un composé,

� le N.O. des éléments du groupe Ia est égal à +I,

� le N.O. des éléments du groupe IIa est égal à +II,

� le N.O. des éléments du groupe IIIa est égal à +III,

� le N.O. de O est toujours égal à - II sauf dans les peroxydes

(H2O2, Na2O2 ...) où il est égal à -I,

� le N.O. de H est toujours égal à +I sauf dans les hydrures

métalliques (NaH, KH ...) où il est égal à -I

• Dans une molécule la somme des N.O. de tous les atomes est nulle.

• Dans un ion polyatomique, la somme des N.O. des atomes constitutifs

est égale à la valeur algébrique de la charge de l'ion.


LA LIAISON CHIMIQUE

14. La géométrie moléculaire Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre à la question suivante : • Fiche n°43 : Quelle est la géométrie spatiale d'un e substance à structure moléculaire

(molécule ou ion polyatomique) ? Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur la recherche de la formule de structure tridimensionnelle à partir de modèles moléculaires. Ensuite, on recherche un mode de raisonnement pour prévoir la géométrie moléculaire en fonction du nombre d'atomes fixés sur l'atome central. Bilan notionnel • Mots clés : atome central, atome externe, répulsion entre paires électroniques • Représentation : représentation des molécules en 3 D.


La liaison chimique - géométrie moléculaire - Fiche n°43 IDEE Quelle est la géométrie spatiale d'une substance à structure moléculaire (molécule ou ion polyatomique) ?

ACTION

Capacité exercée O H E R I C On donne des formules brutes et les modèles moléculaires compacts

correspondants : SO2 , HCl, ...

On demande

1) Complète le tableau:

Formule brute Modèle mol. compact Formule de struct ure

SO2

S O O

HCl

HBr

HI

CO2

Faire évoluer un modèle



H2O

BeCl 2

NH3

AlCl 3

NO3-

CO32-



SO42-

CH4

NH4+

H3O+


2) Classe les substances du tableau précédent selon le nombre d'atomes "externes" fixés sur l'atome central.

(SO2, HCl, HBr, HI, CO2, H2O, BeCl2, NH3, AlCl3, NO3

-, CO32-, SO4

2-, CH4, NH4+,

H3O+)

Nombre d'atomes externes 1

type de formule

XY

2

type de formule XY 2

3


4


S

O O

3) Schématise les formes moléculaires des substances à structure moléculaire en

imitant l'exemple proposé.

Type de formule

XY XY2 XY3 XY4



linéaire

X

F O R M U L E

D E

S T R U C T U R E

Légende : atome central : atome externe : liaison simple ou multiple : doublet non liant X


CONCLUSION

Type de formule

XY XY2 XY3 XY4



linéaire

linéaire ou

angulaire

triangulaire ou pyramidale

tétraédrique

La géométrie spatiale est une conséquence de la rép ulsion entre

paires électroniques liantes et non liantes.

Elle dépend donc de deux facteurs:

• le nombre d'atomes externes;

• le nombre de paires électroniques non liantes.

Note pour le professeur: Ce procédé de raisonnement basé sur la répulsion des

paires électroniques de la couche de valence est connu sous l'acronyme anglais de

VSEPR (Valence Shell Electron Pairs Repulsion).

X

X

X X

X

X

X



CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiche 43) QUATORZIEME SEQUENCE : LA LIAISON CHIMIQUE - LA GEOMETRIE MOLECULAIRE

42.

Type de formule

XY XY2 XY3 XY4



linéaire

linéaire ou

angulaire


tétraédrique

La géométrie spatiale est une conséquence de la répulsion entre paires

électroniques liantes et non liantes.

Elle dépend donc de deux facteurs:

• le nombre d'atomes externes;

• le nombre de paires électroniques non liantes.

Note pour le professeur: Ce procédé de raisonnement basé sur la répulsion

des paires électroniques de la couche de valence est connu sous l'acronyme

anglais de VSEPR (Valence Shell Electron Pairs Repulsion).

X

X

X X

X

X

X



LA LIAISON CHIMIQUE

15. Les relations propriétés - structure Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions suivantes : • Fiche n°44 : Comment se comportent diverses substa nces binaires en présence d'un

champ électrique ? • Fiche n°45 : Comment se comportent des substances moléculaires polaires en solution

aqueuse ? • Fiche n°46 : Comment se comportent des substances ioniques en solution aqueuse ? • Fiche n°47 : Comment les acides, les bases hydroxy des et les sels s'ionisent-ils en solution

aqueuse ? • Fiche n°48 : Comment les oxydes acides (M'O) et le s oxydes basiques (MO) s'ionisent-ils

en solution aqueuse ? Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur l'observation du comportement de composés binaires liquides dans un champ électrique en vue de les classer en composés polaires et apolaires. La justification de ce classement trouve son explication a posteriori dans la géométrie moléculaire. Ensuite, des expériences de conductibilité et d'électrolyse démontrent l'ionisation des composés moléculaires polaires et des composés ioniques dans l'eau. Enfin l'ionisation en solution aqueuse des acides, des bases, des sels et des oxydes est systématisée. Bilan notionnel. • Mots clés : Centre de charge, dipôle, molécule polaire, molécule apolaire, ionisation, solvatation,

hydratation. • Représentation : molécules en 3D, ionisation des acides, des bases, des sels et des oxydes en

solution aqueuse


La liaison chimique - Relations propriétés-structur e - Fiche n°44 IDEE Comment se comportent diverses substances binaires en présence d'un champ électrique?

ACTION

Capacités exercées O H E R I C EXECUTION

On donne des représentations des molécules d'eau et de tétrachlorure de carbone

= centre de charge positive (situé à égale distance des charges +)

= centre de charge négative (situé à égale distance des charges -)

les centres de charge sont distincts les centres de charge sont confondus On réalise les deux expériences suivantes: On demande

1) Dessine le trajet du filet de liquide après l'ouverture du robinet de la burette.

H2O CCl4

- - - - - - - - bâton d'ébonite chargé

Faire évoluer le modèle de la liaison

O

H H

2δ−

δ+ δ+ +

-

Cl

C Cl Cl

Cl

+ -

+

-

δ− δ−

δ−

δ−

4δ+

- - - - - - - -

Légende

: liaison dans le plan de la feuille : liaison vers l'arrière : liaison vers l'avant

Justifier des faits

Appliquer le modèle de la liaison


2) Recherche la différence entre les molécules de H2O et de CCl4.

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

3) En quoi cette différence peut-elle justifier les faits observés ?

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

CONCLUSIONS

• Dans une molécule, lorsque les centres de charge sont distincts ,

celle-ci présente deux pôles (un positif et un autr e négatif), on dit

que la molécule constitue un dipôle ou qu'elle est polaire .

• Dans une molécule, lorsque les centres de charge sont

confondus , on dit que la molécule n'est pas un dipôle ou qu'elle

est apolaire (non polaire).

• Le caractère polaire ou apolaire de la molécule dép end non

seulement du caractère polarisé des liaisons mais é galement de

la géométrie de la molécule.


APPLICATION On rappelle les formes moléculaires les plus courantes:

Type de formule XY XY2 XY3 XY4



linéaire

linéaire ou

angulaire


tétraédrique

En t'inspirant des représentations proposées, complète le tableau suivant:

Formule Représentation spatiale


Dipôle

HI

oui - non

H2S

oui - non

CO2

oui - non

SO2

oui - non

Formule Représentation Géométrie Dipôle

X

X

X X

X

X

X



spatiale moléculaire

BeCl2

oui - non

NH3

oui - non

BH3

oui - non

SO3

oui - non

CH4

oui - non

SiF4

oui - non


La liaison chimique - Relations propriétés-structur e - Fiche n°45 IDEE Comment se comportent des substances moléculaires p olaires en solution aqueuse ?

ACTION

Capacité exercée O H E R I C 1. On donne une expérience de conductibilité à réaliser:


..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

On demande

1) Quelles explications peux-tu proposer pour interpréter tes observations ?

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

HCl 1 mol/L

Interptéter des faits expérimentaux à l'aide du

modèle de la laison chimique


2. On donne une expérience d'électrolyse de HCl à réaliser.


A l'anode:..................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

A la cathode: ............................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

On demande

1) Quelle information peux-tu tirer de la position de l'éprouvette récupérant le gaz

libéré à la cathode (-) ? ................................................................................................

2) Que se passe-t-il si on enflamme, dans l'éprouvette, le gaz recueilli à la cathode (-

) ? .................................................................................................................

3) Quelle est la nature du gaz recueilli à la cathode (-) ? : ..........................................

4) Qu'observes-tu si tu verses quelques gouttes de colorant organique dans la

solution du côté de l'anode (+) ?...................................................................................

5) Quelle est la nature de la substance libérée à l'anode (+) ?: ...................................

6) Quels sont les ions présents dans la solution aqueuse de HCl ?

.......................................................................................................................................

électrode de graphite

HCl 5 mol/L

+ -


CONCLUSIONS

• En solution aqueuse, le composé polaire HCl s'ionis e.

Equation d'ionisation: HCl H + (aq) + Cl - (aq)

• Interprétation de l'ionisation en solution aqueuse AVANT L'HYDROLYSE

PENDANT L'HYDROLYSE

APRES L'HYDROLYSE

H2O

Hδ+δ+δ+δ+ O2δ−2δ−2δ−2δ− Hδ+δ+δ+δ+


Hδ+δ+δ+δ+ Cl δ−δ−δ−δ−



H++++ Cl −−−−

H O H H

H O H

Cl

+ -


APPLICATION

Rédige le scénario de la séquence d'hydrolyse et d'ionisation de l'acide

chlorhydrique, molécule polaire, dans l'eau:

AVANT L'HYDROLYSE:

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

PENDANT L'HYDROLYSE:

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

APRES L'HYDROLYSE:

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................


Remarques

1. Les ions H 3O+ formés sont appelés ions hydronium, on les

symbolisera par H + (aq).

2. L'ion chlorure hydraté sera symbolisé par Cl - (aq).

En réalité, le chlorure est entouré par une premièr e couche de 6 molécules d'eau formant un octaèdre.

Légende : molécule d'eau Cl-

H O H

Cl

-

H O H H

+


3. Représentations de H 3O+

O

H

H

H

+

+

H

O

H H

Légende



• Une fois formées, les trois liaisons covalentes son t absolument équivalentes.

Rappel de la définition du N.O. : le N.O. d'un élément représente la valeur algébrique de la charge qu'un atome de cet é lément porterait si toutes les liaisons polarisées auxquel les il participe étaient de nature ionique.

• La représentation fictive devient dès lors :

N.O.O = -II

N.O.H = +I

N.O. = charge fictive

H+ O 2- H+ H+


La liaison chimique - Relations propriétés-structur e - Fiche n°46 IDEE Comment se comportent des substances ioniques en so lution aqueuse ?

ACTION

Capacité exercée O H E R I C On donne deux expériences de conductibilité à réaliser.


..............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

..............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

NaCl 1 mol/L

NaOH 1 mol/L

Interptéter des faits expérimentaux à l'aide du

modèle de la laison chimique


On demande

1) Quelles explications peux-tu proposer pour interpréter tes observations ?

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

2) Comment se dissocie NaOH en solution aqueuse ? Propose deux schémas de dissociation:

• 1er schéma: NaOH → ..........+...........

• 2e schéma : NaOH → ..........+...........

3) Quelle est la bonne proposition ? Justifie ta réponse (Si tu ne peux pas répondre actuellement à cette question, passe à la question n°4).

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

4) Rappel:

La phénolphtaléine est un indicateur coloré qui révèle la présence d'ions OH-. Le méthylorange peut détecter la présence d'ions H+.

Couleur de φφ φφ φφ φφ (phénolphtaléine)

Couleur de MO (méthylorange)

Présence de H + incolore rouge

Présence de OH - rouge amarante jaune-orange

• Réalise les tests suivants sur des échantillons de solution aqueuse de NaOH:

Couleur de φφ φφ φφ φφ (phénolphtaléine)

Couleur de MO (méthylorange)

Solution de NaOH ....................................... ........................................

• Propose l'équation de dissociation ionique de NaOH en solution aqueuse :

..................................................................................................................................

• Calcule le ∆χ pour les liaisons Na-O et O-H et précise entre quels atomes a lieu la dissociation ionique de NaOH.

..................................................................................................................................

..................................................................................................................................

.................................................................................................................................


5) Commente le schéma général suivant:

AVANT DISSOLUTION APRES DISSOLUTION

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

+ - + - + - + - + - + - + - +

+

-

cristal

molécules d'eau

- + + - + - + - + - + - +


CONCLUSIONS

• En solution aqueuse, les composés ioniques se disso cient en ions. Pour les composés ternaires, la dissociation intervient entre le métal et l'élément sur lequel il est fixé (∆χ∆χ∆χ∆χ le plus grand).

Equations d'ionisation: NaCl Na + (aq) + Cl - (aq)

NaOH Na+ (aq) + OH- (aq)

• Interprétation de l'ionisation en solution aqueuse AVANT DISSOLUTION APRES

DISSOLUTION

Les ions, arrachés au cristal, attirent les molécul es d'eau polaires. Celles-ci entourent chaque ion et s'orien tent différemment selon la nature positive ou négative d e sa charge. Ce phénomène porte le nom général de SOLVATATION. En solution aqueuse, on parlera d'HYDRATATION. Ex.: géométrie octaédrique de l'ion chlorure hydrat é Cl- (aq)

H2O

H2O

+ - + - + - + - + - + - + - +

+

-

cristal

molécules d'eau

- + + - + - + - + - + - +

Cl-

La liaison chimique - Relations propriétés-structur e - Fiche n°47

IDEEComment les acides, les bases hydroxydes et les sel s s'ionisent-ils en solution aqueuse ?

ACTION


On donne

Substances ioniques Substances moléculaires

MOH MM'(O) MHM'(O) HM'(O)

NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2

NaCl, KBr, CaCl2, K2SO3, Mg(NO3)2

NaHCO3

CaHPO4

HCl, HBr, HI,

HNO3, H2SO4, H3PO4

On demande d'établir les équations d'ionisation des acides, des bases et des sels.

En cas de doute, tu peux représenter la formule de structure pour déterminer la liaison la plus polarisée (∆χ le plus élevé).

MOH

base hydroxyde

NaOH → .........................................................................................

KOH → ...........................................................................................

Ca(OH)2 → .....................................................................................

Ba(OH)2 → .....................................................................................

MM'(O)

sel

NaCl → ...........................................................................................

KBr → .............................................................................................

CaCl2 → .........................................................................................

K2SO3→ ..........................................................................................

Mg(NO3)2 → ....................................................................................

MHM'(O)

hydrogénosel

NaHCO3 → .....................................................................................

CaHPO4 → .....................................................................................

HM'(O)

acide

HCl → .............................................................................................

HBr → .............................................................................................

HI → ...............................................................................................

HNO3 → ..........................................................................................

H2SO4 → .........................................................................................

H3PO4 → .........................................................................................


Utiliser le modèle de l'ionisation


CONCLUSION

IONISATION DES ACIDES, DES BASES HYDROXYDES

ET DES SELS EN SOLUTION AQUEUSE

substance moléculaire

substance ionique

ACIDE SEL BASE HYDROXYDE

hydracide

HM' H+ (aq) + M' - (aq)

sel d'hydracide

MM' M+ (aq) + M' - (aq)

MOH M+ (aq) + OH- (aq)

oxacide

HM'O H+ (aq) + M'O - (aq)

sel d'oxacide

MM'O M+ (aq) + M'O - (aq)

H2O H2O H2O

H2O H2O


La liaison chimique - Relations propriétés-structur e - Fiche n°48 IDEE Comment les oxydes acides (M'O) et les oxydes bas iques (MO) s'ionisent-ils en solution aqueuse ? ACTION

Capacité exercée EXECUTION Rappel de 3e: les oxydes réagissent avec l'eau de la manière suivante(*) :

MO

oxyde basique

Na2O (s) + H2O (l) → 2 NaOH (aq)

CaO (s) + H2O (l) → Ca(OH)2 (aq)

M'O

oxyde acide

SO2 (g) + H2O (l) → H2SO3 (aq)

N2O5 (g) + H2O (l) → 2 HNO3 (aq) On donne un jeu d'écriture représentant l'hydrolyse d'un oxyde: • Oxyde acide (M'O)

(1) SO2 (g) + H2O (l) → [H2SO3 (aq)]

(2) [H2SO3 (aq)] → HSO3- (aq) + H+ (aq)

(1)+(2) SO2 (g) + H2O (l) → HSO3

- (aq) + H+ (aq)

• Oxyde basique (MO)

(3) Na2O (s) + H2O (l) → [2 NaOH (aq)]

(4) [2 NaOH (aq)] → 2 Na+ (aq) + 2 OH- (aq) (3)+(4) Na2O (s) + H2O (l) → 2 Na+ (aq) + 2 OH- (aq)

On demande de traiter de manière analogue les quatre oxydes suivants :

a. CO2 (g) + .....................................................

.....................................................................

.....................................................................

(*)

Attention, certains oxydes non métalliques ne réagissent pas avec l'eau (ex.: CO, NO, ...). D'autres encore réagissent selon un autre schéma (ex.: NO2 ...).


OH-

H+


b. P4O10 (s) + ................→ ... H3PO4

.....................................................................

.....................................................................

c. CaO (s) + .....................................................

.....................................................................

.....................................................................

d. K2O (g) + .....................................................

.....................................................................

..................................................................... CONCLUSION

IONISATION DES OXYDES EN SOLUTION AQUEUSE

substance moléculaire - oxyde acide substance ionique - oxyde basique

M'O + H2O →→→→ (H)M'O- (aq) + H+ (aq)

MO + H2O →→→→ M+ (aq) + OH- (aq)

H+ OH-


CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 44 à 48) QUINZIEME SEQUENCE : LA LIAISON CHIMIQUE - LES RELATIONS PROPRIETE / STRUCTURE 43. Molécules polaires et apolaires : Dans une molécule, lorsque les centres

de charge sont distincts, celle-ci présente deux pôles (un positif et un

autre négatif), on dit que la molécule constitue un dipôle ou qu'elle est

polaire.

Dans une molécule, lorsque les centres de charge sont confondus, on dit

que la molécule n'est pas un dipôle ou qu'elle est apolaire (non polaire).

Le caractère polaire ou apolaire de la molécule dépend non seulement du

caractère polarisé des liaisons mais également de la géométrie de la

molécule.

44. Ionisation des composés polaires dans l'eau :

En solution aqueuse, le composé polaire HCl s'ionise.

Equation d'ionisation: HCl H+ (aq) + Cl- (aq)

• Interprétation de l'ionisation en solution aqueuse

AVANT L'HYDROLYSE

H2O



Hδ+δ+δ+δ+ Clδ−δ−δ−δ−


PENDANT L'HYDROLYSE

APRES L'HYDROLYSE



H++++ Cl −−−−

H O H H

H O H

Cl

+ -


Remarques

• Les ions H3O+ formés sont appelés ions hydronium, on les symbolisera

par H+ (aq).

• Les ions chlorures hydratés seront symbolisés par Cl- (aq).

En réalité, le chlorure est entouré par une première couche de 6

molécules d'eau formant un octaaèdre.

H O H

Cl

-

H O H H

+

Cl-


• Représentations de H3O+

� Une fois formées, les trois liaisons covalentes sont absolument

équivalentes.

� N.O. de O = -II ( charge fictive).

O

H

H

H

+

+

H

O

H H

Légende



45. Ionisation des composés ioniques dans l'eau : en solution aqueuse, les

composés ioniques se dissocient en ions. Pour les composés ternaires, la

dissociation intervient entre le métal et l'élément sur lequel il est fixé (∆χ∆χ∆χ∆χ est le plus grand).

• Equations d'ionisation: NaCl Na+ (aq) + Cl- (aq)

NaOH Na+ (aq) + OH- (aq)

• Interprétation de l'ionisation en solution aqueuse

AVANT DISSOLUTION APRES

DISSOLUTION

Les ions, arrachés au cristal, attirent les molécules d'eau polaires.

Celles-ci entourent chaque ion et s'orientent différemment autour de lui

selon la nature positive ou négative de sa charge.

Ce phénomène porte le nom général de SOLVATATION.

En solution aqueuse, on parlera d'HYDRATATION.

H2O

H2O

+ - + - + - + - + - + - + - +

+

-

cristal

molécules d'eau

- + + - + - + - + - + - +


46. Ionisation des acides, des bases hydroxydes et des sels en solution

aqueuse :

substance moléculaire

substance ionique

ACIDE SEL BASE HYDROXYDE

hydracide

HM' H+ (aq) + M' - (aq)

sel d'hydracide

MM' M+ (aq) + M' - (aq)

MOH M+ (aq) + OH- (aq)

oxacide

HM'O H+ (aq) + M'O - (aq)

sel d'oxacide

MM'O M+ (aq) + M'O - (aq)

47. Ionisation des oxydes en solution aqueuse :

substance moléculaire - oxyde acide substance ionique - oxyde basique

M'O + H2O →→→→ HM'O- (aq) + H+ (aq)

MO + H2O →→→→ M+ (aq) + OH- (aq)

H2O H2O H2O

H2O H2O

H+ OH-


LA REACTION CHIMIQUE

16. Les réactions rédox et non rèdox Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions : • Fiche n°49 : Recherche d'une classification des réa ctions chimiques. • Fiche n°50 : Quelle est l'interprétation électroniq ue d'une rédox en solution aqueuse ? • Fiche n°51 : Classons les réactions non-rédox en so lution aqueuse. • Fiche n°52 : Interprétons les réactions non-rédox e n solution aqueuse à l'aide du modèle de

l'ionisation. Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur la recherche d'une classification des réactions chimiques (rédox et non rédox). On interprète ensuite les rédox en solution aqueuse par un mécanisme électronique. On réalise des exprériences de réactions non rédox pour les classer à l'aide d'un organigramme. Enfin, on explique les réactions non rédox à l'aide du modèle de l'ionisation. Bilan notionnel • Mots clés : oxydoréduction, oxydation, réduction, rédox, non rédox, précipitation, volatilisation,

neutralisation (salification). • Représentation : dissociation en ions, association d'ions.


La réaction chimique - Fiche n°49 IDEE Recherche d'une classification des réactions chimiq ues. ACTION

Capacité exercée EXECUTION On donne une liste de réactions déjà rencontrées. On demande de les classer sur la base du critère suivant: variation du N.O. d'au moins un élément au cours de la réaction. Indique une croix dans la colonne qui convient.

Réactions Variation de N.O. N.O. inchangés

2 Mg + O2 → 2 MgO

4 Na + O2 → 2 Na2O

C + O2 → CO2

S + O2 → SO2

MgO + H2O → Mg(OH)2

Na2O + H2O → 2 NaOH

CO2 + H2O → [H2CO3]

SO2 + H2O → [H2SO3]

NaOH + HCl → NaCl + H2O

CaO + 2 HCl → CaCl2 + H2O

CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + H2O + CO2

2 Na + Cl2 → 2 NaCl

2 KI + Cl2 → 2 KCl + I2

2 KBr + Cl2 → 2 KCl + Br2

2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2

Ca + 2 H2O → Ca(OH)2 + H2

CONCLUSION

Les réactions chimiques peuvent être classées en de ux catégories: réactions avec variation de N.O.: OXYDOREDUCTIONS o u REDOX;

réactions sans variation de N.O.: REACTIONS NON-RED OX.

Classer des réactions sur base de la variation du N.O.


La réaction chimique - Fiche n°2 IDEE Quelle est l'interprétation électronique d'une rédo x en solution aqueuse (*) ?

ACTION

Capacité exercée O H E R I C On rappelle les équations des réactions entre le dichlore et l'iodure de potassium.

Equation moléculaire : Cl2 (aq) + 2 KI (aq) →→→→ I2 (aq) + 2 KCl (aq)

Equation ionique: Cl2 (aq) + 2 I- (aq) →→→→ I2 (aq) + 2 Cl - (aq)

On donne les informations suivantes pour la réaction précitée,

• l'équation d'oxydation correspond à: 2 I- (aq) → I2(aq) + 2e-

• l'équation de réduction correspond à: Cl2 (aq) + 2e- → 2 Cl- (aq)

• l'équation de l'oxydoréduction est: Cl2 (g) + 2 I- (aq) → I2 (aq) + 2 Cl- (aq)

Les électrons libérés par l'iode sont transférés vers le chlore plus électronégatif.

• le réducteur est l'élément I sous la forme de I-;

• l'oxydant est l'élément Cl sous la forme de Cl2.

On demande

1) d'imiter l'analyse ci-dessus dans les cas suivants: a) Cl2 (aq) + 2 KBr (aq) → Br2 (aq) + 2 KCl (aq) • oxydation : ..........................................................................................................

• réduction : ..........................................................................................................

• oxydoréduction (rédox) :......................................................................................

• réducteur: ............................................................................................................

• oxydant: ..............................................................................................................

(*) Les réactions rédox en milieu sec seront abordées en 5e.

2 e-

Etablir des définitions


b) Br2 (aq) + 2 KI (aq) → I2 (aq) + 2 KBr (aq) • oxydation : ..........................................................................................................

• réduction : ........................................................................................................

• oxydoréduction (rédox) :......................................................................................

• réducteur: ............................................................................................................

• oxydant: ..............................................................................................................

2) de définir d'un point de vue électronique les notions suivantes:

• une oxydation : .......................................................................................................

..................................................................................................................................

• une réduction : ........................................................................................................

..................................................................................................................................

• une oxydoréduction :..............................................................................................

..................................................................................................................................

• un oxydant : ............................................................................................................

..................................................................................................................................

• un réducteur :

..........................................................................................................

..................................................................................................................................


CONCLUSION

Définitions

• une oxydation est une perte d'électron(s);

• une réduction est un gain d'électron(s);

• une oxydoréduction est une réaction au cours de laq uelle il y a transfert d'électron(s).

• un oxydant est un accepteur électron(s);

• un réducteur est un donneur électron(s);

UNE OXYDOREDUCTION EST UNE REACTION AU COURS DE LAQUELLE

IL Y A TRANSFERT D'ELECTRON(S) D'UN REDUCTEUR VERS UN OXYDANT.


La réaction chimique - Fiche n°3 IDEE Classons les réactions non-rédox en solution aqueus e .

Capacité exercée O H E R I C 1. On donne des expériences à réaliser en tubes à essais.

Expériences Observations 1. ................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

2. ................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

3. ................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

4. ................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

HCl(aq)

Na2CO3 (aq)

NaOH (aq)

CuSO4 (aq)

KOH (aq)

HNO3 (aq)

HCl (aq)

CaCO3 (s)

Classer des réactions


Expériences Observations

5. ................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

6. ................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

7. ................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

8. ................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

9. ................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

10. ................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

................................................................

NaOH(aq)

HCl (aq)

H2SO4 (aq)

Ba(NO3)2 (aq)

.......................

...................

.......................

...................

.......................

...................

.......................

...................


On demande de classer les réactions dans l'organigramme suivant:

Réactions à classer 1) Na2CO3 (aq) + HCl (aq) 2) CuSO 4 (aq) + NaOH (aq) 3) HNO3 (aq) + KOH (aq) 4) CaCO3 (s) + HCl (aq) 5) HCl (aq) + NaOH (aq) 6) Ba(NO 3)2 + H2SO4 (aq)

Y a-t-il apparition d'une nouvelle

phase ? OUI

Quelle est la nature de la nouvelle

phase ?

Précipitation

...........................................

...........................................

GAZ OUI

Réactions

.............................................................

.............................................................

.............................................................

............................................................

Volatilisation

...........................................

...........................................

NON

Y a-t-il changement de couleur en présence d'un

indicateur coloré?

Neutralisation

...........................................

...........................................

NON

Réactions

.............................................................

.............................................................

.............................................................

............................................................

Pas de réaction

...........................................

...........................................

SOLIDE


CONCLUSION En solution aqueuse, les réactions non-rédox sont d es réactions d'associations d'ions. Elles se répartissent en 3 catégories: * réactions de volatilisation * réactions de précipitation * réactions de neutralisation

Remarque: Les réactions non-rédox en milieu sec ne seront pas envisagées dans le cours de 4 e.

Ex.: CaO (s) + CO 2 (g) →→→→ CaCO3 (s)

NH3 (g) + HCl (g) →→→→ NH4Cl (s)

2 NaHCO3 (s) →→→→ Na2CO3 (s) + H2O (g) + CO2 (g)

CaCO3 (s) →→→→ CaO (s) + CO2 (g) θ

θ


La réaction chimique - Fiche n°4 IDEE Interprétons les réactions non-rédox en solution aq ueuse à l'aide du modèle de l'ionisation.

Capacité exercée O H E R I C On donne trois exemples de réaction non-rédox en solution aqueuse.

Expérience 1 Observations

Un gaz suffocant est libéré. Ce gaz

peut décolorer un papier imbibé de

KMnO4 (aq) en milieu acide.

1. Ionisons les réactifs: K2SO3 (aq) HBr (aq)

2K+ (aq) + SO32- (aq) H+ (aq) + Br- (aq)

2. Quels sont les ions qui, en s'associant, peuvent libérer un gaz ?

(Consulte la liste des gaz)

Seuls les ions SO32- (aq) et H+ (aq) peuvent s'associer pour former du SO2 gazeux.

Quant aux ions K+ (aq) et Br- (aq), ils sont inactifs dans cette réaction (ions spectateurs).

Association d'ions: SO32- (aq) + 2H+ (aq) →→→→ [H2SO3 (aq)]

H2O (l) + SO2 (g)

3. Quelles sont les équations ioniques et moléculai res du phénomène ?

Eq. ionique:

2K+ (aq) + SO32- (aq) + 2H+ (aq) + 2Br- (aq) → 2K+ (aq) + 2Br- (aq) + [H2SO3 (aq)]

H2O (l) + SO2 (g) Eq. moléculaire: K2SO3 (aq) + 2 HBr (aq) → 2 KBr (aq) + H2O (l) + SO2 (g)

HBr (aq)

K2SO3 (aq)




Un précipité blanc apparaît.

1. Ionisons les réactifs:

BaCl2 (aq) Na2SO4 (aq)

Ba2+ (aq) + 2Cl- (aq) 2Na+ (aq) + SO42- (aq)

2. Quels sont les ions qui, en s'associant, peuvent former un précipité ? (Consulte le tableau de solubilité)

Seuls les ions Ba2+ (aq) et SO42-(aq) peuvent s'associer pour former le précipité de

BaSO4.

Quant aux ions Na+ (aq) et Cl- (aq), ils sont inactifs dans cette réaction (ions spectateurs).

Association d'ions: Ba2+ (aq) + SO42- (aq) →→→→ BaSO4 (s)

3. Quelles sont les équations ioniques et moléculaires du phénomène ?

Eq. ionique:

Ba2+ (aq) + 2Cl- (aq) + 2Na+ (aq) + SO42- (aq) → 2Na+ (aq) + 2Cl- (aq) + BaSO4 (s)

Eq. moléculaire: BaCl2 (aq) + Na2SO4 (aq) → 2NaCl (aq) + BaSO4 (s)

Na2SO4 (aq)

BaCl2 (aq)



Le bleu de bromothymol, bleu au

départ, vire au vert.

Comme le BB vire au vert, le milieu devient donc NEUTRE.

1. Ionisons les réactifs:

NaOH (aq) HCl (aq)

Na+ (aq) + OH- (aq) H+ (aq) + Cl- (aq)

2. Quels sont les ions qui, en s'associant, peuvent former de l'eau ?

Seuls les ions OH- (aq) et H+ (aq) peuvent s'associer pour former H2O.

Quant aux ions Na+ (aq) et Cl- (aq), ils sont inactifs dans cette réaction (ions spectateurs).

Association d'ions: OH- (aq) + H+ (aq) →→→→ H2O (l)

3. Quelles sont les équations ioniques et moléculaires du phénomène ?

Eq. ionique:

Na+ (aq) + OH- (aq) + H+ (aq) + Cl- (aq) → Na+ (aq) + Cl- (aq) + H2O (l)

Eq. moléculaire: NaOH (aq) + HCl (aq) → NaCl (aq) + H2O (l)

HCl (aq)

NaOH (aq) + bleu de bromothymol


CONCLUSION

EQUATIONS DES REACTIONS NON-REDOX EN SOLUTION AQUEU SE

VOLATILISATION PRECIPITATION NEUTRALISATION

S2- (aq) + 2H+ (aq) →→→→ H2S (g)

CO32- (aq) + 2H+ (aq) →→→→ [H2CO3 (aq)]

[H2CO3 (aq)] →→→→ H2O (l) + CO2 (g)

SO32- (aq) + 2H+ (aq) →→→→ [H2SO3

(aq)]

[H2SO3 (aq)] →→→→ H2O (l) + SO2 (g)

NH4+ (s) + OH- (aq) →→→→ [NH4OH (aq)]

[NH4OH (aq)] →→→→ H2O (l) + NH3 (g)

M+ (aq) + R- (aq) →→→→ MR (s)

M'-

R- = M'O-

OH-

Ag+ (aq) + Cl- (aq) →→→→ AgCl (s)

Ba2+ (aq) + SO42- (aq) →→→→ BaSO4 (s)

Cu2+ (aq) + 2 OH- (aq) →→→→ Cu(OH)2 (s)

(voir annexe II)

OH- (aq) + H+ (aq) →→→→ H2O (l)


CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 49 à 52) SEIZIEME SEQUENCE : LA REACTION CHIMIQUE - LES REACTIONS REDOX ET NON REDOX

48. Les réactions chimiques peuvent être classées en deux catégories :

• réactions avec variation de N.O.: OXYDOREDUCTIONS ou REDOX;

• réactions sans variation de N.O.: REACTIONS NON-REDOX.

49. Les réactions rédox en solution aqueuse

• une oxydation est une perte d'électron(s);

• une réduction est un gain d'électron(s);

• une oxydoréduction est une réaction au cours de laquelle il y a

transfert d'électron(s) d'un réducteur vers un oxydant;

• un oxydant est un accepteur électron(s);

• un réducteur est un donneur électron(s);

• Exemple :

� Ox.: 2 I- (aq) →→→→ I2(aq) + 2e-

� Red. : Cl2 (aq) + 2e- →→→→ 2 Cl- (aq)

� Rédox : Cl2 (g) + 2 I- (aq) →→→→ I2 (aq) + 2 Cl

- (aq)

50. Les réactions non rédox en solution aqueuse

• Les réactions non-rédox résultent d'associations d'ions.

• Elles se répartissent en 3 catégories:

VOLATILISATION PRECIPITATION NEUTRALISATION

S2- (aq) + 2H+ (aq) →→→→ H2S (g)

CO32- (aq) + 2H+ (aq) →→→→ [H2CO3 (aq)]

[H2CO3 (aq)] →→→→ H2O (l) + CO2 (g)

SO32- (aq) + 2H+ (aq) →→→→ [H2SO3 (aq)]

[H2SO3 (aq)] →→→→ H2O (l) + SO2 (g)

NH4+ (s) + OH- (aq) →→→→ [NH4OH (aq)]

[NH4OH (aq)] →→→→ H2O (l) + NH3 (g)

M+ (aq) + R- (aq) →→→→ MR (s)

M'-

R- = M'O-

OH-

Ag+ (aq) + Cl- (aq) →→→→ AgCl (s)

Ba2+ (aq) + SO42- (aq) →→→→

BaSO4 (s)

Cu2+ (aq) + 2 OH- (aq) →→→→ Cu(OH)2 (s)

(voir annexe II)

OH- (aq) + H+ (aq) →→→→ H2O (l)

2e-

I -est le réducteur;

Cl2 est l'oxydant.


Information exclusivement destinée au professeur Annexe I - Charge formelle

Quelques définitions

• Charge partielle: fraction de charge induite par la polarisation des liaisons.

• Charge formelle: charge d'un atome quand toutes les liaisons auxquelles il participe sont considérées comme homopolaires (voir ci-après).

• Charge fictive (N.O.): charge d'un atome quand toutes les liaisons polarisées auxquelles il participe sont considérées comme ioniques.

Règle de calcul pratique de la charge formelle charge formelle = nombre d'e - de valence de l'atome libre - nombre d'e - de l'atome si on lui attribue un électron de chaque li aison.

Exemples:

• Charge formelle de O dans H2O = 6 - 6 = 0

• Charge formelle de O dans H3O+ = 6 - 5 = +1

• Charge formelle de N dans NH4+ = 5 - 4 = +1

• Charge formelle de N dans N2O5 = 5 - 4 = +1

Charge formelle de O (liaison double) = 6 - 6 = 0

Charge formelle de O (liaision simple) = 6 - 7 = -1

Charge formelle de O (2 liaisons simples) = 6 - 6 = 0

O O N N O O O

+ + - -


• Charge formelle de N dans NO3- = 5 - 4 = +1

Charge formelle de O (liaison double) = 6 - 6 = 0

Charge formelle de O (liaision simple) = 6 - 7 = -1

• Charges formelles dans O3:

Charge formelle de O (1) = 6 - 6 = 0

Charge formelle de O (2) = 6 - 5 = +1

Charge formelle de O (3) = 6 - 7 = -1

O N O O

- - +

O O O

- +

O O O

- +

ou (1)

(2) (3)


Information destinée à l'élève Annexe II - Solubilité des com posés dans l'eau

NH4+ Li+ Na+ K+ Mg2+ Ca2+ Ba2+ Al 3+ Cu2+ Fe2+ Fe3+ Ni2+ Zn2+ Hg2+ Ag+ Sn2+ Pb2+

NO3- s s s s s s s s s s s s s s s s s

Cl- s s s s s s s s s s s s s s I s I

Br - s s s s s s s s s s s s s I I s I

I- s s s s s s s s s s - s s I I s I

SO42- s s s s s I I s s s s s s - I s I

SO32- s s s s I I I - - I - - I - I - I

S2- s s s s - - - - I I - I I I I I I

CO32- s I s s I I I - - I - I I - I - I

OH- s s s s I I s I I I I I I I - I I

PO43- s s s s I I I I I I I I I I I - I

Légende

s

soluble

I

peu soluble

-

se décompose ou n'existe pas

CATIONS ANIONS

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