Des atomes aux ions

Plan du cours

I. Le modèle de l ’atomeII. Le noyau.

1- constitution

2- Symbole du noyau

3- Les isotopes.

III. Les électrons.1- Qu’est ce qu’un électron?

2- Nombre d’électrons

3- Répartition en couches

IV. Les masses dans l ’atome.1- Calcul de la masse du noyau.

2- Calcul de la masse des électrons.

3- Calcul de la masse de l’atome.

V. La structure électronique et les ions1- la structure électronique des gaz rare

2- la structure électronique des ions

►L'atome est 105 fois plus grand que son noyau central

►Toute la masse de l'atome est concentrée au niveau du noyau

► L'atome est électriquement neutre (charges - = charges +)

3 points vus en troisièmes

I. Modèle de l ’atome

Une représentation simplifiée est appelée modèle.• Modèle de l ’atome:

– un noyau centralun noyau central (10-15 m soit 100 000 fois plus petit quel ’atome)

– des électronsdes électrons répartis encouches autour du noyau(10-10 m)

– du videdu vide. (la structure de la matière est essentiellement lacunaire)

II. Le noyau

1- Constitution.– Le noyau est constitué

» de protonsprotons particules chargées positivement

» de neutronsneutrons Particules électriquement neutres.

– Ces particules (protons et neutrons) sont appelées des nucléonsnucléons.

II. Le noyau

2 - Symbole du noyau.

Le nombre de nucléons d ’un noyau est représenté par la lettre AA.

AA est aussi appelé nombre de nombre de masse.masse.

Le nombre de charges d’un atome ou le nombre de protons que contient le noyau est représenté par la lettre ZZ.

ZZ est aussi appelé numéro numéro atomique.atomique.

• Le nombre de neutrons N dans un noyau vaut donc

N = A - Z

Le noyau d ’un atome de symbole chimique X est représenté par

A

XZ

• Compléter le tableau

Nom Symbole Nombre de protons

Nombre de neutrons

Nombre de nucléons.

Zirconium 4091Zr

Hydrogène 11H

Cobalt 2759Co

Application 1

• Correction

Application 1

Nom Symbole Nombre de protons

Nombre de neutrons

Nombre de nucléons.

Zirconium 4091Zr

Hydrogène 11H

Cobalt 2759Co

27

9151

1 0 1

40

5932

II. Le noyau

3- Les isotopes• Dans un échantillon de cuivre, tous les atomes de cuivre ne sont

pas identiques.

Ils ont tous le même nombre de protons, mais certains atomes ont 63 nucléons et d ’autres 65. Ces atomes sont dit isotopes.

63Cu

29

65

Cu29

Même Z

On appelle isotope des atomes qui ont le même numéro atomique Z,

mais des nombres de nucléons A différents.

Le numéro atomique du fer est Z = 26 et son nombre de neutrons varie de 28 à 30 .

• Ecrire sous la forme X tous les représentants (ou isotopes) de cet élément.

A

Z

Application 2

Le numéro atomique du fer est Z = 26 et son nombre de neutrons varie de 28 à 30 .

• Ecrire sous la forme X tous les représentants ( ou isotopes ) de cet élément.

A

Z

Application 2

Fe Fe Fe

26 26 26

54 55 56

L'isotope le plus abondant du chlore s'écrit .

L'autre isotope a un nombre de neutrons égal à 20.

• Ecrire le symbole de cet isotope.

35Cl17

Application 3

L'isotope le plus abondant du chlore s'écrit .

L'autre isotope a un nombre de neutrons égal à 20.

• Ecrire le symbole de cet isotope

35Cl17

Application 3

37Cl17

III- Les électrons

1- Qu’est ce qu’un électron? • L’électron est une particule chargée d’électricité chargée d’électricité

négative.négative. • Sa charge électrique est la plus petite charge possible

qu’une particule peut posséder. On parle de la charge On parle de la charge élémentaire notée e = 1,6.10élémentaire notée e = 1,6.10-19-19 C C (C pour coulomb : unité de la charge électrique).q (charge d ’un électron) = - eq (charge d ’un électron) = - e

• La masse d’un électron est extrêmement petite :

mmee- = 9,1.10- = 9,1.10-31-31 kg kg

III- Les électrons

2- Nombre d’électrons.Un atome est électriquement neutre. Donc le nombre de

protons est égal au nombre d ’électrons

Application 4

• Donnez le nombre d ’électrons présents dans chacun des atomes suivants.

12 197 63 27

6C

79Au

29 Cu

13Al

III- Les électrons

3 - Répartition en couches.

• Les électrons se répartissent autour du noyau sur plusieurs couches.

• Du centre vers l'extérieur:– La couche K:La couche K:

2 électrons au maximum.– La couche L:La couche L:

8 électrons au maximum.– La couche M:La couche M:

18 électrons au maximum.

III- Les électrons

3 - Répartition en couches.

• Les électrons se répartissent autour du noyau sur plusieurs couches.

• Du centre vers l'extérieur:– La couche K:La couche K:

2 électrons au maximum.– La couche L:La couche L:

8 électrons au maximum.– La couche M:La couche M:

18 électrons au maximum.

• Exemple : Répartissons ensemble les électrons d ’un noyau de

magnésium

Mg 12 électrons

Plaçons d'abord 2 électronssur la couche K celle qui est la plus près du noyau.

24

12

III- Les électrons

Mg : (K)2

Reste 10 électrons à placer.

Remplissons la coucheL de 8 électrons.

24

12

Mg : (K)2 (L)8

Reste 2 électrons à placer.

La couche M peut contenir18 électrons mais il n'en reste que 2 à placer.

(K)2 (L)8(M)2

24

12

Structure électronique d ’un atome de magnésium

24 Mg : (K)2 (L)8 (M)2

La couche interne est toujours la couche KLa couche externe est la dernière couche remplie

12

• Donner la structure électronique des atomes suivants :

40

l ’argon: 18 Ar

11

le bore: 5 B

Application 5

IV. Les masses dans l’atome.

1- Calcul de la masse du noyau.

La masse d ’un nucléon est mmnn = 1,7.10 = 1,7.10 -27-27 kg kg.

Application 6

Calculer la masse d ’un noyau de mercure

202

80Hg

IV. Les masses dans l’atome.

2- Calcul de la masse des électrons.• La masse de chaque électron vaut

me = 9,1.10-31 kg

Application 7

Calculer la masse des électrons présents dans un atome de mercure

202

80Hg

IV. Les masses dans l’atome.

3- Calcul de la masse d ’un atome.

Application 7Application 7

• A quoi est égale la masse d ’un atome de mercure?

ConclusionConclusion:

Dans un atome, l ’essentiel de la masse est

concentré dans le noyau.

V. La structure électronique et les ions V. La structure électronique et les ions

Définition : la structure électronique est la répartition des électrons sur les différentes couches

1- Structure électronique des gaz nobles ou rares

V. La structure électronique et les ions V. La structure électronique et les ions

Activité 1 :

On rencontre dans l’atmosphère des gaz en atomes isolés comme He et Ar mais jamais N ou O.

Quelle propriété commune ont les couches électroniques

externes des atomes que l’on rencontre isolés ?

Conclusion :

Les gaz rares ont des structures électroniques avec

des couches externes saturées.

• Structure en duet : 2 électrons sur la couche externe (K).

• Structure en octet : 8 électrons sur la couche externe (L ou M).

V. La structure électronique et les ions V. La structure électronique et les ions

V. La structure électronique et les ions V. La structure électronique et les ions

2- Structure électronique des ions

Activité 2 :

Dans certains solides ioniques,

on rencontre des ions comme Na+ , Be2+, O2- et Cl-

En revanche, on ne rencontre jamais He-, Be+ et O2+

1- Ecrire la structure électronique de ces ions.

2- Comparez la couche externe des ions à celle des gaz rares les plus proches puis conclure.

Conclusion :

● A l’exception des gaz nobles, les éléments n’existent pas naturellement sous formes d’atomes isolés.

● Les atomes se transforment pour obtenir une stabilité similaire à celle des gaz nobles , avec une couche externe en duet ou en octet. La règle de l’octet et du duet permet dans une certaine mesure de prévoir la charge des ions monoatomiques.

● Les atomes se transforment en captant ou en cédant des électrons. Il se forme alors des ions positifs ou négatifs.

-Un ion positif est un atome qui a perdu un ou plusieurs électrons de sa couche externe. On l’appelle cation.Ex : Na+

- Un ion négatif est un atome qui a gagné un ou plusieurs électrons sur sa couche externe.On l’appelle anion.Ex : Cl-

Atome Z Structure électronique de

l’atome

Ion Structure électronique de

l’ion

H 1 H+ Cations

Li 3 Li+

Be 4 Be2+

Na 11 Na+

Mg 12 Mg2+

Al 13 Al3+

O 8 O2- Anions

F 9 F-

S 16 S2-

Cl 17 Cl-

Application :